ВІСНИК - ХПІ - Національний Ñ‚ÐµÑ Ð½Ñ–Ñ‡Ð½Ð¸Ð¹ університет

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ, МОЛОДІ ТА СПОРТУ УКРАЇНИНаціональний технічний університет "Харківський політехнічний інститут"ВІСНИКНАЦІОНАЛЬНОГО ТЕХНІЧНОГО УНІВЕРСИТЕТУ"ХПІ"Серія: "Нові рішення в сучасних технологіях"№44(950).2012Збірник наукових працьВидання засновано в 1961 р.ХарківНТУ «ХПІ», 2012ISSN 2079.3944. Вісник НТУ “ХПІ». 2012. №44(950)1

Вісник Національного технічного університету "ХПІ"Збірник наукових праць. Серія: Нові рішення в сучасних технологіях. – Х.:НТУ „ХПІ» – 2012р. - № 44(950) - 164 с.Державне виданняСвідоцтво Держкомітету з інформаційної політики УкраїниKB №5256 від 2 липня 2001 року (перерегістрація)Збірник виходить українською та російською мовами.Вісник Національного технічного університету «ХПІ» внесено до «Переліку наукових Фаховихвидань України, в яких можуть публікуватися результати дисертаційних робіт на здобуттянаукових ступенів доктора і кандидата наук», затвердженого постановою президії ВАК України від26 травня 2010 р. №1 – 05/4. (Бюлетень ВАК України №6, 2010 р., стор. 3, №20).Координаційна рада:Л. Л. Товажнянський, д-р техн. наук, проф. (голова);К. О. Горбунов, канд. техн. наук, доц. (секретар);А. П. Марченко, д-р техн. наук, проф.; Є. І. Сокол, член-кор. НАН України, д-р техн. наук,проф.; Є. Є. Александров, д-р техн. наук, проф.; А. В. Бойко, д-р техн. наук, проф.;Ф. Ф. Гладкий, д-р техн. наук, проф.; М. Д. Годлевський, д-р техн. наук, проф.; А. І. Грабчснко,д-р техн. наук, проф.; В. Г. Данько, д-р техн. наук, проф.; В. Д. Дмітрієнко, д-р техн. наук, проф.;І. Ф. Домнін, д-р техн. наук, проф.; В. В. Єпіфанов, канд. техн. наук проф.; Ю. І. Зайцев, канд.техн. наук, проф.; П.О. Качанов, д-р техн. наук, проф.; В.Б. Клепіков, д-р техн. наук, проф.;С. І. Кондрашов, д-р техн. наук, проф.; В. М. Кошельник, д-р техн. наук, проф.; В. І. Кравченко,д-р техн. наук, проф.; Г. В. Лісачук, д-р техн. наук, проф.; В. С. Лупіков, д-р техн. наук, проф.;О. К. Морачковський, д-р техн. наук, проф.; В. І. Ніколаєнко, канд. іст. наук, проф.; П. Г.Перерва, д-р екон. наук, проф.; В. А. Пуляев, д-р техн. наук, проф.; М. І. Рищенко, д-р техн. наук,проф.; В. Б. Самородов, д-р техн. наук, проф.; Г. М. Сучков, д-р техн. наук, проф.Редакційна колегія серії:Відповідальний редактор: Є. І. Сокол, член-кор. НАН України, д-р техн. наук, проф.Відповідальний секретар: А. В. Івахненко, ст.викладач, Т. Л. Коворотний, асист.Члени редколегії: Л. Л. Брагіна, д-р техн. наук, проф.; В. Г. Данько, д-р техн. наук, проф.;В. Т. Долбня, д-р техн. наук, проф.; В. Я. Заруба, д-р техн. наук, проф.; В. Б. Клепіков, д-р техн.наук, проф.; Б. В. Кліменко, д-р техн. наук, проф.; О. С. Куценко, д-р техн. наук, проф.;Г. І. Львов, д-р техн. наук, проф.; Н. Н. Олександров, д-р техн. наук, проф.; П. Г. Перерва, д-рекон. наук, проф.; М. І. Погорелов, канд. екон. наук, проф.; Л. Г. Раскін, д-р техн. наук, проф.; Р.Д. Ситнік, д-р техн. наук, проф.; В. Я. Терзіян, д-р техн. наук, проф.; В. І. Тошинський, д-р техн.наук, проф.; В. І. Шустіков, д-р техн. наук, проф.З номеру 42’2012. Вісник НТУ «ХПІ» має власну подвійну нумерацію №42 (948) 2012.Рекомендовано до друку вченою радою НТУ „ХПІ"Протокол №:7 від «06» липня 2012 р.©Національний технічний університет „ХПІ", 2012ISSN 2079.3944. Вісник НТУ “ХПІ». 2012. №44(950)2

УДК 624.04:539.4:519.853ТЕХНОЛОГИИ КОНСТРУКЦИОННЫХМАТЕРИАЛОВ И МАШИНОСТРОЕНИЯО. А. ЛЯШЕНКО, канд. техн. наук, доц., ГВУЗ «УГХТУ», Днепропетровск;Н. Ю. НАУМЕНКО,канд.техн. наук, доц., ГВУЗ «УГХТУ», Днепропетровск;Л. В. НОВИКОВА, ассист., ГВУЗ «УГХТУ», ДнепропетровскАНАЛИЗ ОСНОВНЫХ АСПЕКТОВ ЗАДАЧИ ОПТИМИЗАЦИИСТЕРЖНЕВЫХ КОНСТРУКЦИЙ С УЧЁТОМ ОБЩЕЙ ИЛОКАЛЬНОЙ КОРРОЗИИ. ЧАСТЬ 2. ВЛИЯНИЕ НАПРЯЖЕНИЙНА СКОРОСТЬ КОРРОЗИИПредлагается анализ проблемных аспектов задачи, обусловленных влиянием напряжений наскорость коррозии. Показано, что использовавшиеся ранее численные методы решения системдифференциальных уравнений применительно к данным задачам ненадёжны, неэффективны инеустойчивы относительно входных данных. Из.: 5. Библиогр.: 5 назв.Ключевые слова: оптимизация, стержневая конструкция, коррозионный процессВведениеПрактически во всех известных научных исследованиях долговечностьстержневых конструкций определялась моментом выхода из строя какого-либо еёэлемента. В реальных условиях эксплуатации конструкции могут разрушатьсявследствие коррозии в местах соединения их элементов. При этом характерпротекания коррозии обусловлен, прежде всего, наличием концентраторовнапряжений в виде отверстий и, возможно, сварных швов. Эти факторы приводятк тому, что поле напряжений в местах соединений может быть существеннонеоднородным и гипотеза о том, что коррозионный процесс протекает, так же каки для стержня в целом, очевидно, неприемлем. В связи с этим представляетсяактуальной проблема разработки эффективных моделей и алгоритмовоптимизации корродирующих стержневых конструкций, которые позволили быопределять их оптимальные параметры с учётом локальной коррозии в местахсоединения стержней.Постановка проблемыВ первой части статьи [1] предложена обобщённая постановка и математическаяформулировка задачи оптимального проектирования корродирующихстержневых конструкций в виде задачи нелинейного математическогопрограммирования (НЛП), которая принципиально отличается от существующихтем, что вычисление функций ограничений предполагает учёт локальнойкоррозии в местах соединения стержней. Там же выделены основныеособенности, характеризующие задачи оптимизации конструкций такого класса,и проведен анализ проблемных аспектов задачи, вызванных, в первую очередь,появлением второй расчётной схемы, обусловленной условиями закрепления. Вданной статье предлагается анализ проблемных аспектов задачи, вызванных© О. А. ЛЯШЕНКО, Н. Ю. НАУМЕНКО, Л. В. НОВИКОВА, 2012ISSN 2079.3944. Вісник НТУ “ХПІ». 2012. №44(950)3

влиянием напряжений на скорость коррозии.Анализ проблемных аспектов задачи, обусловленных влияниемнапряжений на скорость коррозииНеобходимость учёта механических напряжений, которые изменяются современем, независимо от той или иной расчётной схемы объекта, примоделировании процесса коррозии приводит к появлению обратной связи вмоделях расчёта долговечности и оптимального проектирования корродирующихконструкций.На рис. 1 изображена схема расчёта напряжённо-деформированногосостояния (НДС) и долговечности корродирующего элемента. Предполагается,что для моделирования коррозионного процесса в нём достаточно однойрасчётной схемы.Здесь x , z – векторы геометрических характеристик и напряжений; {А} –блок расчёта НДС; {В} – блок решения систем дифференциальных уравнений(СДУ), описывающих процесс накопления геометрических повреждений.Процедура вычисления долговечности корродирующего элемента илиопределение его НДС в какой-либо момент времени предполагает совместноеиспользовании какого-либо численного метода расчёта НДС (блок {А}) ичисленного же метода решения задачи Коши для СДУ, описывающих процесснакопления повреждений (блок {В}).Расчёт НДС нагруженныхкорродирующих конструкций многимиавторами сводится к использованиюметода конечных элементов (МКЭ) [2].Наряду с очевиднымипреимуществами, использование МКЭпри расчёте НДС и долговечностиконструкций с учётом происходящих вРис. 1. Схема решения задачи расчётаНДС и долговечностиних коррозионных процессов предполагает разрешение целого ряда проблем.Для решения СДУ используются, как правило, одношаговые методы типаРунге-Кутта. Процесс деформирования конструкций моделируется путёмчисленного решения задачи Коши для данной системы. При этом возникаетпогрешность v решения СДУ (рис. 1). СДУ в общем случае имеет вид:dC, C, Cdt C , (1) t00где – вектор параметров среды, ,k 0 ; C C n , NnN– матрицыизменяющихся параметров конструкции и известных функций размерности n N; – напряжение; t – время; n – число изменяющихся параметров конечныхэлементов (КЭ); N – количество элементов.Любой параметр КЭ в произвольный момент времени при использовании,например, метода Эйлера определяется по формуле:s s 1 s , s C 1ijCij t ijiC ; i 1, N; j 1,n , (2)где s – номер шага по времени. Таким образом, значение матрицы C наданном шаге определяется по её значению на предыдущем.ISSN 2079.3944. Вісник НТУ “ХПІ». 2012. №44(950)4

Расчёт НДС и долговечности нагруженных конструкций, которыеподвержены влиянию агрессивных сред, является связанной задачей, в которойсовместно решаются задачи блоков {А} и {В}. А, значит, в каждом узлевременной сетки на каждом шаге решается задача с помощью МКЭ. Этообъективно обуславливает невысокую эффективность алгоритма.Многошаговые методы имеют более высокую скорость расчёта, чемодношаговые. Но они обладают рядом недостатков, подробно описанных вработе [3], существенных для решения задачи.Рассмотрим основные требования к алгоритму решения поставленнойзадачи, без удовлетворения которых её решение не представляетсяцелесообразным.Надёжность алгоритма. Основной причиной нарушения требованиянадёжности алгоритма является наличие точки разрыва второго рода функциинапряжений. В окрестности этой точки решение становится неустойчивым(малому приращению аргумента t соответствует большое приращение функции ). При использовании методов типа Рунге-Кутта, возможно возникновениеаварийного завершения работы программы вследствие системных ошибок(деление на ноль, изменение знака геометрических размеров, переполнение,извлечение корня из отрицательного числа).Пусть изменение некоторого обобщённого геометрического параметрастержня, однозначно определяющего его площадь, h согласно (2) описываетсязависимостью: s s 1 11h h t s v0 khs , то есть функцией 1 1s1 , ,0, , пяти аргументов. Здесь hh func h t v k hs s s sISSN 2079.3944. Вісник НТУ “ХПІ». 2012. №44(950)5Q – значениенапряжения на предыдущем шаге, где Q – осевое усилие в стержне. В процессерешения задачи сочетание значений аргументов функции может оказатьсятаковым, что значение геометрического размера стержня станет меньшеssнекоторой положительно заданной малой величины : h . Тогда: lims h ,h 0а, значит, вследствие превышения максимальной теоретической емкости ячейки,работа программы завершается аварийно.Также может возникнуть ситуация, когда значение геометрическогопараметра стержня станет не просто меньшим некоторой заданной малойsвеличины, а будет иметь отрицательное значение ( h 0 ), если существующийалгоритм не предусматривает ограничение по изменению величиныгеометрических характеристик корродирующих элементов конструкций.В качестве иллюстрации приведём результаты решения некоторыхмодельных задач для сжатого стержня кольцевого поперечного сечения сиспользованием известных алгоритмов. Стержень с площадью поперечногосечения A0 8,64 см 2 (внешний диаметр D 6,0 см) и коэффициентом слитности(отношение величины начального периметра к начальной площади сечения) P0 A0 2,18 см -1 сжимается продольной силой Q 50 кН. Изменение внешнегодиаметра сечения стержня во времени показано на рис. 2. Результаты решенияприведены в таблице 1.Ahs1

Таблица 1 - Решение задачи долговечностиt , лет , см , МПа0,0 0,000 57,90,5 0,059 66,31,0 0,119 77,71,5 0,182 93,92,0 0,246 119,52,5 0,316 166,73,0 0,394 294,53,5 0,506 -4997,54,0 0,188 96,04,5 0,253 123,05,0 0,323 174,05,5 0,403 322,5Погрешность численного решения в сравнении с аналитическим [4]составила при этом 79%. Это связано с тем, что в некоторый момент времени( t 3,5 года), значение величины внешнего диаметра стало меньше внутреннего.Соответственно значение толщины стенки профиля кольцевого сеченияпринимает отрицательное значение, то есть точка разрыва второго родаоказывается внутренней точкой временного интервала, что не было учтеноданным алгоритмом. При этом условие исчерпания несущей способности поsкритерию прочности выполняется на всех итерациях. Избежать такойситуации можно предусмотрев в алгоритме расчёта долговечности логическийблок, позволяющий учесть смену знакагеометрического размера, либо изменивдлину шага интегрирования СДУ. Впоследнем случае требуется наличиедополнительнойпроцедуры,позволяющей осуществлять выбортакого шага, при котором даннаяситуация была бы невозможной, чтопредставляет собой самостоятельнуюРис. 2. Изменение значений внешнегозадачу.диаметра сжатого стержня во времениОбеспечение надёжностичисленного алгоритма, таким образом, возможно за счёт введениядополнительных логических блоков (контроль знака геометрических размеров,ввода значений исходных данных и так далее), которые, тем не менее, негарантируют невозможность аварийного завершения работы программывследствие системных ошибок.Достоверность решения. Под достоверностью решения в дальнейшемподразумевается получение результата с погрешностью, не превышающейнекоторой ограниченной величины. Рассмотрим те ситуации, когда численныеалгоритмы позволяют получить некоторый результат, который не можетрассматриваться даже как приближённое решение задачи.ISSN 2079.3944. Вісник НТУ “ХПІ». 2012. №44(950)6

Долговечность конструкции определяется моментом времени, когданапряжения в каком-либо элементе достигнут своих предельных значений.Элемент, в котором в данный момент времени запас несущей способности имеетнаименьшее значение, в дальнейшем будем называть ведущим элементом. В ходерешения задачи может возникнуть ситуация, когда в какой-то момент временипроизойдет смена ведущего элемента. При использовании методов типа Рунге-Кутта предусмотреть такую ситуацию без усложнения алгоритма весьмазатруднительно. Предположительно, любой элемент в произвольный моментвремени может стать ведущим, следовательно, на каждом шаге решения задачинеобходимо отслеживать изменение напряжений в каждом из них и сохранять этуинформацию, что привело бы к существенному увеличению размерностейрабочих массивов.В качестве иллюстрации того, что методы типа Рунге-Кутта не всегдапозволяют получить достоверный результат решения задачи долговечности,рассмотрим ферму, расчётная схема и нагрузка которой представлены на рис. 3.Элементы фермы имеют кольцевое поперечное сечение. Параметры конструкции:L 125 см; Q 50 кН. Материал конструкции: сталь ВСт3пс6-1. Параметрыкоррозионного износа: v0 0,075 см/год; k 0,005 МПа -1 .На рис. 4 показаны кривые изменения напряжений во времени длястержневых КЭ (1) и (2). В начальный момент времени максимальное значениенапряжения было в КЭ (2). Однако, начиная с некоторого момента времени, егопревысило значение напряжения в КЭ (1).Рис. 3. Десятиэлементная консольная Рис. 4. Рост напряжений в КЭфермаВ условиях данной модельной задачи, когда алгоритм не предусматриваетвозможную смену ведущего элемента, значение долговечности конструкции,соответствующее долговечности КЭ (2), составило 8,507 лет. Долговечностьконструкции, определённая с учётом возможной смены ведущего элемента,составляет 7,816 лет. Погрешность решения при этом составила около 8,12%.Для учёта смены ведущего элемента необходимо сохранять информацию овеличине текущих и критических напряжений во всех элементах конструкции.Такое, на первый взгляд, несущественное усложнение алгоритма может оказатьсявесьма неудобным при расчёте конструкций (не только стержневых), в которыхколичество элементов исчисляется десятками, а часто и сотнями.Из решения описанной выше задачи, которое получено после адаптацииISSN 2079.3944. Вісник НТУ “ХПІ». 2012. №44(950)7

алгоритма, следует, что в процессе эксплуатации происходит смена ведущегоэлемента. Результаты решения представлены в табл. 2. Решение 1 получено приигнорировании смены ведущего элемента, решение 2 – с учётом его смены.Таблица 2 - Значения долговечности и вид активного ограниченияМетод решенияАктивное ограничениеR 240 МПа f 1400LЧисленное решение 1. t* 8,507 лет(9,33%)*t 7,314 лет(0,04%)t0,1года n 85 ( n 73 ) 2. t* 7,816 лет(0,45%)Эталонное решение **t 7,781 летt 7,311 лет t 0,005 лет n 1557( n 1460)Следует отметить, что при активном ограничении по жёсткостирасхождение результатов находится в рамках приемлемой погрешности. Этообусловлено тем, что предельное состояние в данном случае определяется ненапряжением, а перемещением, и смена ведущего элемента не оказывает влиянияна результат решения задачи.Таким образом, игнорирование смены ведущего элемента, очевидно, можетпривести к серьезному искажению полученных результатов. Гарантироватьдостоверность решения задачи долговечности при использовании методов типаРунге-Кутта без усложнения логики алгоритма или увеличения размерностейрабочих массивов невозможно.Устойчивость алгоритма относительно входных данных. При решенииоптимизационной задачи заранее неизвестны конкретные значения варьируемыхпараметров (ВП), которые будут реализованы на данном шаге поискаоптимального проекта. Как правило, величина шага интегрирования СДУявляется параметром, который не изменяется во время работы программы.Следовательно, число итераций при постоянном значении заданнойдолговечности также постоянно. В этом случае погрешность численного решениябудет существенно зависеть от конкретных значений ВП на данном шаге задачиНЛП. Таким образом, алгоритм, основанный на использовании методов типаРунге-Кутта, при всех вышеперечисленных недостатках может оказатьсянеустойчивым относительно входных данных.Для численной иллюстрации нарушения устойчивости известныхалгоритмов относительно входных данных, предлагается решение задачидолговечности стержня растянутого силой Q . На рис. 5 приведены кривые ростанапряжений для стержней с различными площадями поперечных сечений иосевой нагрузкой. Рассматривались размеры поперечного сечения и величинарасчётной нагрузки, для которых долговечность стержня, определённая по*аналитической формуле, была равна t 8, 00 годам. Затем задача решаласьчисленно. Оценивались значения напряжений в момент времени t* . Прииспользовании методов типа Рунге-Кутта для вычисления долговечности привеличине шага по времени t 0, 25 года погрешность численного решениясоставила 0,34% при R 0 2 (кривая 1), 2,44% при R 0 6 (кривая 2) и 25,06%ISSN 2079.3944. Вісник НТУ “ХПІ». 2012. №44(950)8

при R 0 16 (кривая 3). При этом дляA0 52,89 см 2 ; 0, 49 см-1 (кривая 1)значения напряжений оказались равными 239, 18 МПа; для A0 9,36 см 2 ; 1, 16 см -1(кривая 2) – 234, 14 МПа; для A0 4,83см 2 ; 1,61см -1 (кривая 3) – 179, 85 МПа. Такоерасхождение численных решений связано,очевидно, с использованием равномернойвременной сетки.Таким образом, традиционныеРис. 5. Зависимость напряжений отвремениалгоритмы, основанные на одношаговых методах, могут оказатьсянеустойчивыми относительно входных данных. Этой ситуации можно избежатьпри увеличении числа итераций (уменьшении шага интегрирования t ) илииспользования неравномерного шага t .Эффективность. Если при решении задачи расчёта НДС поведениеконструкции в агрессивной среде исследуется путём численного решения задачиКоши для СДУ (3) с помощью одношаговых методов, а для обеспеченияприемлемой точности решения задачи долговечности, шаг по времени tприходится принимать достаточно малым, причём в каждом узле временнойсетки решается задача с помощью МКЭ, то общее число обращений к процедуреМКЭ может достигать нескольких десятков, а в некоторых случаях и сотен. Вэтом случае возможно накопление погрешности вычислений при решении системлинейных алгебраических уравнений итерационными методами [5]. Для того,чтобы получить для всех случаев, рассматриваемых в предыдущем примере,результат с погрешностью не более 0,35%, необходимо выполнить не менее 200итераций методом Эйлера. Следовательно, возникает проблема уменьшениячисла итераций при численном решении задачи Коши и одновременно сниженияразмерности задачи МКЭ.Задача долговечности (блоки {А} и {В}) решается на каждом шаге поискаоптимального проекта при проверке функций ограничений. Число же шаговитерационного процесса при решении задачи НЛП исчисляется десятками тысяч.Проблема повышения эффективности вычислительных алгоритмов можетоказаться не менее значимой, чем вышеперечисленные проблемы.Совершенно очевидно, что вычислительные алгоритмы, основанные нанепосредственном использовании методов типа Рунге-Кутта в той их реализации,которая использовалась до настоящего времени, зачастую, ненадёжны,неэффективны, неустойчивы относительно входных данных, а в ряде случаев негарантируют получение приемлемого результата.Основные результаты и выводыНа основании проведенного анализа проблем, вызванных влияниемнапряжений на скорость коррозионного процесса, можно сделать следующийвывод. Непосредственное использование существующих численных методоврешения СДУ применительно к поставленной задаче не только не являетсяISSN 2079.3944. Вісник НТУ “ХПІ». 2012. №44(950)9

эффективным, но, в ряде случаев не позволяет получить её решение даже длястержневой конструкции. При наличии расчётной схемы плосконапряжённойпластины указанные недостатки метода будут, очевидно, проявляться ещёсильнее.Для успешного решения поставленной задачи необходимо наличие такогоалгоритма решения СДУ, который обладал бы не только более высокойэффективностью по сравнению с известными, но и обеспечивал надёжноерешение при наличии точки разрыва второго рода функции напряжений.Список литературы: 1. Ляшенко, О. А. Анализ основных аспектов задачи оптимизациистержневых конструкций с учётом общей и локальной коррозии. Часть 1. Постановка задачи ипроблемы, вызванные наличием двух расчётных схем [Текст] / О. А. Ляшенко, Н. Ю. Науменко,Л. В. Новикова // Вісник Національного технічного університету «ХПІ». Збірник науковихпраць. Тематичний випуск: Нові рішення в сучасних технологіях. – Харків: НТУ «ХПІ» – 2012.– №34. – С. 17-26. 2. Метод конечных элементов: [Учеб.пособие для втузов] / [Варвак П.М.,Бузун И. М., Городецкий А. С. и др.]; под ред. Варвака П. М. – Киев: Вища Школа, 1981. – 176 с.3. Мак-Кракен, Д. Численные методы и программирование на ФОРТРАНЕ [Текст] / Д. Мак-Кракен, У. Дорн; пер с англ. Б. Н. Казака, под ред. и с дополнением Б. М. Наймарка. – М.: Мир,1977. – 580 с. 4. Зеленцов, Д. Г. Расчёт конструкций с изменяющейся геометрией в агрессивныхсредах. Стержневые системы [Текст] / Д. Г. Зеленцов. – Днепропетровск: УГХТУ, 2002. – 168 с.5. Колесник, І. А. Про похибку кінцево-елементних процедур в задачах довговічностібагатоелементних конструкцій, які підлягають корозійному зносу. [Текст] / Колесник І. А.,Зеленцов Д. Г., Храпач Ю. О. // Опір матеріалів і теорія споруд. – 2002. – № 70. – С. 176–181.УДК 624.04:539.4:519.853Аналіз основних аспектів задачі оптимізації стержневих конструкцій з урахуваннямзагальної та локальної корозії. Частина 2. Вплив напруги на швидкість корозії / ЛяшенкоО. А., Науменко Н. Ю., Новикова Л. В. // Вісник НТУ «ХПІ». Серія «Нові рішення в сучаснихтехнологіях». – Харків: НТУ «ХПІ». – 2012. - № 44(950). С. 3-10Пропонується аналіз проблемних аспектів задачі, обумовлених впливом напружень нашвидкість корозії. Показано, що чисельні методи розв’язання систем диференціальних рівнянь,що використовувалися раніше, стосовно цих задач ненадійні, неефективні і нестійкі відносновихідних даних. Із.: 5. Бібліогр.: 5 назв.Ключові слова: оптимізація, стержнева конструкція, корозійний процесUDK 624.04:539.4:519.853The analysis of the main aspects concerning rod-shaped construction optimization problemcondering general and local corrosion. Part 2. Problems arising from the influence of stress onthe velocity of corrosion / Liashenko O. A. , Naumenko N. J., Novikova L.V. / Bulletin of NTU“KhPI”. Subject issue: New desicions of modern technologies. – Kharkov: NTU “KhPI”. – 2012. - №44(950). P. 3-10The analysis of problematic aspects of the task, caused by the influence of stress on the velocityof corrosion, has been proposed. It has been shown that numerical methods, that have been used forsolving systems of differential equations, in the context of considered task are unreliable, inefficientand unstable against the input data. Im.: 5: Bibliogr.: 5Keywords: optimization, rod-shaped construction, corrosion processНадійшла до редакції 30.06.2012ISSN 2079.3944. Вісник НТУ “ХПІ». 2012. №44(950)10

УДК 629.7.036.001Б. Щ. МАМЕДОВ, канд. техн. наук, доц., ЗНТУ, ЗапорожьеГЛАВА 7. ОСНОВЫ ЕДИНОЙ ТЕОРИИ ДВИЖИТЕЛЕЙ НАНЕПРЕРЫВНЫХ ПОТОКАХ. ВЫВОД ФОРМУЛЫ ТЯГИ,ПОЛЕТНОГО (ТЯГОВОГО) КПД, ТЕОРЕМЫ О ПОДЪЕМНОЙ СИЛЕПРОДУВАЕМОГО ПРОФИЛЯ КРЫЛА ПТИЦЫ, КАК ДВИЖИТЕЛЯРассматриваются недостатки современной теории воздушно-реактивных двигателей,связанные с ошибочными фундаментальными формулами тяги, полетного (тягового) КПДакадемика Б.С. Стечкина и теоремы о подъемной силе продуваемого профиля профессора Н.Е.Жуковского. Из.: 1. Библиогр.: 6 назв.Ключевые слова: кинематический анализ, тяга продуваемого профиля, подъемная сила.Введение. Постановка проблемыС позиции уже разработанной единой теории движителей на непрерывныхпотоках, [1], с. 15-20, [2], с. 146-153, кризис современной классической теорииаэродинамики, [3], с. 5-7, основывается не только на ошибочном понимании и,как следствие, на ошибочном применении уравнения Эйлера в теории и расчетевоздушно-реактивных двигателей, этот кризис основывается еще и на том, что воснову современной теории воздушно-реактивных двигателей заложены глубокоошибочные фундаментальные формулы тяги, полетного (тягового) КПД,выведенные академиком Б.С. Стечкиным в 1929г., и такая же глубоко ошибочнаятеорема о подъемной силе продуваемого профиля, выведенная профессором Н.Е.Жуковским в 1912г., которые нарушают все, без исключения, законы механикиистечения жидкостей и газов, и на этом основании не могут являтьсяфундаментальными, [1], с. 15-20, [2], с. 146-153.Поэтому перед единой теорией движителей на непрерывных потоках стоялапроблема показать и доказать, что любой тип движителя на непрерывныхпотоках, к которым относятся продуваемый профиль крыла птицы, крыласамолета, планера, воздушно-реактивные двигатели и др., имеют абсолютноодинаковые зоны контрольного контура Н-Н 1 , регламентирующие выводабсолютно одинаковых формул тяги, полетного (тягового) КПД и теоремы оподъемной силе продуваемого профиля.Критика теоремы о подъемной силе продуваемого профиля, выведеннойпрофессором Н.Е. Жуковским в 1912г., постановка цели.Взгляд Н.Е. Жуковского на процесс генерирования подъемной силы крылаптицы (1912г.) ничем не отличается от аналогичного Леонардо да Винчи (1506г.). И тот и другой считали, что воздух под крылом птицы уплотняется и создаетсоответствующую опору, [3], с. 5. Отличительной особенностью мышления Н.Е.Жуковского по сравнению с Леонардо да Винчи является то, что Н.Е. Жуковский,введя такое понятие, как циркуляция, , , [4], с. 54, автоматически ввелпонятие градиента статических давлений по корытцу продуваемого профиля. При© Б. Щ. МАМЕДОВ, 2012ISSN 2079.3944. Вісник НТУ “ХПІ». 2012. №44(950)11

этом грубейшей ошибкой Н.Е. Жуковского,свидетельствующей о его ошибочномпространственном и физическом представлении процесса генерированияподъемной силы продуваемого профиля, явилось то, что он ввел абсолютнонеправильное направления градиента статических давлений по корытцупродуваемого профиля.По Н.Е. Жуковскому максимальное давление продуваемого газового потокапо корытцу продуваемого профиля, согласно его теореме, [4], с.53, находитсятам, где циркуляция газового потока ( ) имеет максимальное значение, т.е.на выходной кромке по корытцу продуваемого профиля, и, соответственно,нулевое давление на входной кромке по корытцу продуваемого профиля,поскольку на входной кромке Г=О, т.к. . Таким образом, градиентстатических давлений по корытцу продуваемого профиля, согласно теореме оподъемной силе продуваемого профиля, выведенной профессором Н.Е.Жуковским в 1912 г., направлен против продуваемого газового потока, чтонаходится в прямом противоречии с экспериментальными данными той же самойсовременной теории авиационных двигателей, которые гласят, что максимальноедавление продуваемого газового потока по корытцу продуваемого профилянаходится в зоне входной кромки продуваемого профиля, и это максимальноедавление постепенно уменьшается по мере перемещения продуваемого газовогопотока к выходной кромке продуваемого профиля, регламентируя, такимобразом, градиент статических давлений, направленный по потоку, [4], с. 68,рис.3.3.Таким образом, работа Н.Е. Жуковского «Вихревая теория гребного винта»,1912 г., в которой он вывел свою теорему о подъемной силе продуваемогопрофиля, [4], с. 53, является ошибочной, поскольку выведенная теорема нарушаетвсе законы механики истечения жидкостей и газов и не может служитьфундаментальной ни для какой теории.Теоретическая часть современной теории воздушно-реактивных двигателей,разработанная на основе ошибочных фундаментальных формул тяги, полетного(тягового) КПД, выведенных академиком Б.С.Стечкиным в 1929г., и на такой жеошибочной фундаментальной теореме о подъемной силе продуваемого профиля,выведенной профессором Н.Е. Жуковским в 1912г., задержала техническийпрогресс в области авиадвигателестроения более чем на 80 лет, в результате чегодипломированные выпускники авиационных ВУЗ ов , будущие конструкторавоздушно-реактивных двигателей, не имеют ни малейшего понятия ни ореальном процессе генерирования тяги ВРД, ни о реальном полетном (тяговом)КПД ВРД, ни о реальной теореме о подъемной силе продуваемого профиля, ни окинематическом анализе, ни о кинематической зоне жесткого (упругого) удара,ни о реальном процессе неустойчивой работы или заглохания ВРД при взлете,полете и посадке, ни о зоне заторможенного потока, и т.д.Все это говорит о том, что современные ВРД проектируются вслепую,поскольку их технико-экономические, экологические показатели очень далеки отаналогичных ВРД, спроектированных согласно единой теории движителей нанепрерывных потоках, [5],[6].Таким образом, кризис классической теории аэродинамики базируется наISSN 2079.3944. Вісник НТУ “ХПІ». 2012. №44(950)12

полном отсутствии фундаментальных формул тяги, полетного (тягового) КПД итеоремы о подъемной силе продуваемого профиля, как движителя, поэтомуединая теория движителей на непрерывных потоках ставит своей целью(заданием) на примере продуваемого профиля крыла птицы, как движителя, наоснове кинематического анализа, правильного понимания и примененияуравнения Эйлера вывести единые для всех типов движителей на непрерывныхпотоках формулы тяги, полетного (тягового) КПД и теорему о подъемной силепродуваемого профиля.Вывод формулы тяги, полетного (тягового). КПД, теоремы о подъемнойсиле продуваемого профиля крыла птицы, как движителя.Представленная методика вывода формулы тяги, полетного (тягового) КПД,теоремы о подъемной силе продуваемого профиля крыла птицы, как движителя,описывается впервые.Выбор контрольного контура.В качестве контрольного контура, как и для воздушно-реактивногодвигателя, [1], с. 18, рис. 1, выбираем зону Н-Н 1 , где Н- зона невозмущенногопотока, начало ускоренного движения частиц газового потока; Н 1 - зонаневозмущенного потока, конец ускоренного движения частиц газового потока.Вектор скорости продуваемого газового потока всегда совпадает с векторомотносительной скорости W 1 , рис. 1а. Продуваемый газовый поток,перемещающийся со скоростью W 1 , встречая на своем пути лобовую площадь F лпродуваемого профиля крыла птицы, генерирует зону заторможенного потока 1,которая является газодинамическим трактом, рис. 1а. Лобовая площадь F лрегламентирует расход продуваемого газового потока, прошедшего черездвижитель (продуваемый профиль крыла птицы), по направлению вектораскорости W 1 . Поскольку кинематический анализ мы проводим только с учетомосевых скоростей, то приведенная к сечению Н-Н F н пр будет равна(1)где F н пр – приведенная к сечению Н-Н площадь, регламентирующая расходгазового потока по осевым скоростям; F л – лобовая площадь крыла птицы понаправлению W 1 ; β 1 – гидравлический угол.Известно, что все движители на непрерывных потоках имеют одинаковыезоны, [1], с. 18, рис. 1, а так же рис. 1 данной статьи: Н-В – зона ускоряемогогазового потока, в которой градиент статических давлений направлен по потоку;В-К – зона сжатия газового потока, в которой градиент статических давленийнаправлен против потока; К-С – зона ускоряемого газового потока, в которойградиент статических давлений направлен по потоку, или зона К-С – этореактивное сопло, в котором генерирует тяга продуваемого профиля крылаптицы, [2], с. 146-153; С-Н 1 – зона реактивной струи, в которой градиентстатических давлений направлен по потоку, если Р с > Р н (недорасширенныйгазовый поток), в которой градиент статических давлений равен нулю, если Р с =Р н (нормально расширенный газовый поток), в которой градиент статическихдавлений направлен против потока, если Р с < Р н (перерасширенный газовыйпоток), где Р с – статическое давление газового потока в выходном сеченииреактивного сопла зоны К-С, Р н – давление окружающей среды.ISSN 2079.3944. Вісник НТУ “ХПІ». 2012. №44(950)13

Необходимо отметить, что в зонереактивной струи С-Н 1 , согласнозакона Бойля-Мариотта, градиентпервичных движущих сил отизменения статического давлениягазового потока всегда равен нулю,поскольку в зоне реактивной струиР і F i =const при любых Р с , где Р і –статическое давление газового потокав і-том сечении реактивной струи, F i –площадь і-го сечениягазодинамического тракта в зоне С-Н 1 . Это означает, что газовый поток взоне реактивной струи С-Н 1 движетсятолько под действием инерционныхсил.На рис. представлено: а –контрольный контур продуваемогопрофиля крыла птицы Н-Н 1 ; б –кинематический анализ характераизменения статических давлений,осевых скоростей продуваемогогазового потока в пределахконтрольного контура Н-Н 1 ; в –кинематический анализ характераизменения осевых ускорений(вторичных динамических –инерционных сил) продуваемогоРис. Кинематический анализ характераизменения осевых скоростей, ускорений(динамических инерционных сил),первичных движущих сил от изменениястатического давления продуваемогогазового потока для вывода формулытяги, полётного (тягового) КПД итеоремы о одъемной силе продуваемогопрофиля крыла птицы, как движителягазового потока в пределах контрольного контура Н-Н 1 ; г – кинематическийанализ характера изменения первичных движущих сил от изменениястатического давления продуваемого газового потока в пределах контрольногоконтура крыла птицы Н-Н 1 .Таким образом, при V п ≥ 0 по корытцу продуваемого профиля крыла птицывсегда генерируется зона заторможенного потока В-С, рис 1, поз. 1,максимальное давление газового потока в этой зоне заторможенного потоканаходится в зоне входной кромки продуваемого профиля крыла птицы, чтонаходится в полном соответствии с экспериментальными данными, [4], с. 68, рис.3.3., [2], с. 148, рис. 1.Характеристика внешних сил, действующих на трубку тока в зоне Н-Н 1 .Трубкой тока является весь объем газодинамического тракта в пределахконтрольного контура Н-Н 1 .К внешним силам, действующим на трубку тока в зоне Н-Н 1, относятся: 1.Первичные движущие силы от изменения статического давления, Р і F i , где Р і –статическое давление продуваемого газового потока в і-м сеченииISSN 2079.3944. Вісник НТУ “ХПІ». 2012. №44(950)14

газодинамического тракта в пределах контрольного контура Н-Н 1 , F i – площадь і-го сечения газодинамического тракта в пределах контрольного контура Н-Н 1 . 2.Вторичные движущие силы от изменения динамических (инерционных) сил, m г а і ,где m г – массовый секундный расход продуваемого газового потока черезпродуваемый профиль крыла птицы, а і – ускорение газового потока в і-м сечениигазодинамического тракта в пределах контрольного контура Н-Н 1 . 3. Силысопротивления P e F e , где F e – площадь выходного сечения реактивного сопла К-Спродуваемого профиля крыла птицы. 4. Сила тяги R продуваемого профилякрыла птицы. 5. Гравитационные силы продуваемого газового потока, которые вгоризонтальном полете не учитываются.Силы трения продуваемого газового потока о поверхность профиля крылаптицы не учитываем.Кинематический анализ характера изменения осевых скоростей,ускорений (динамических – инерционных сил), первичных движущих сил отизменения статического давления продуваемого газового потока для выводаформулы тяги, полетного (тягового) КПД и теоремы о подъемной силепродуваемого профиля крыла птицы, как движителя.Кинематический анализ, приведенный на рис., показывает, что сопределенного сечения Н-Н, которое называется зоной невозмущенного потока,продуваемый газовый поток начинает ускоряться от сечения Н-Н к сечению В-Впо закону движения с нарастающим ускорением, после сечения В-В продуваемыйгазовый поток, встретив лобовое сопротивление продуваемого профиля крылаптицы, генерирует зону заторможенного потока В-С, рис. , поз. 1, в которой взоне В-К продуваемый газовый поток начинает сжиматься, статическое давлениепродуваемого потока увеличивается при одновременном уменьшении осевойскорости. Согласно методу графического дифференцирования положительныйtgα, относительно характеризующий ускорение газового потока, растет в зоне Н-В, в сечении В-В tgα резко меняет свое значение на отрицательное, чтосвидетельствует о наличии в сечении В-В кинематической зоны жесткого(упругого) удара, которая генерирует ударные волны, распространяющиесяодинаково во всех направлениях.Кинематический анализ показывает, что сумма динамических (инерционных)сил, рис. в, в пределах контрольного контура Н-Н 1 всегда равна нулю, этоозначает, что скорость газового потока, обтекающего продуваемый профилькрыла птицы, никогда не создает тягу.Кинематический анализ показывает также, что первичные движущие силы,Р і F i , от изменения статического давления в зоне Н-В полностью компенсируютсяаналогичными силами зоны В-К, рис. 1г. В зоне реактивной струи С-Н 1 , как ужеотмечалось, градиент первичных движущих сил от изменения статическогодавления всегда равен нулю, поскольку согласно закона Бойля-Мариотта вреактивной струе Р і F i = const, газовый поток в реактивной струе движется толькопод действием инерционных сил, [2], с. 146-153.Таким образом, нескомпенсированной зоной, в которой генерируется тягапродуваемого профиля крыла птицы, как движителя, является зона ускоряемогопотока К-С, которую можно назвать реактивным соплом. Работа первичныхISSN 2079.3944. Вісник НТУ “ХПІ». 2012. №44(950)15

профиля крыла птицы при V п >0; - приращение или уменьшениестатического давления в среднем сечении Г-Г газодинамического тракта в зоне К-С продуваемого профиля крыла птицы при V п >0; - статическое давление ввыходном сечении С-С газодинамического тракта продуваемого профиля крылаптицы при V п >0; - площадь газодинамического тракта в выходном сечении С-Спродуваемого профиля крыла птицы при V п >0; - сила сопротивлениястатического давления в выходном сечении С-С газодинамического тракта зоныК-С продуваемого профиля крыла птицы при V п >0; - тяговый КПДпродуваемого профиля крыла птицы при V п =0; - полетный (тяговый) КПДпродуваемого профиля крыла птицы при V п >0.Вектор тяги продуваемого профиля крыла птицы всегда направленпротивоположно вектору средней скорости газового потока, обтекающегопродуваемый профиль крыла птицы, рис. 1а, [2], с. 148, рис. 1, при этом вектортяги наклонен к горизонту под углом α, что дает возможность вектору тягираскладываться на осевую составляющую тяги и подъемную силупродуваемого профиля крыла птицы , которая равнаР=Rsinα (11), при V п =0, (12), при V п >0, (13)Как видно из рис., КПД продуваемого профиля крыла птицы зависит такжеот угла α, чем меньше α, тем выше КПД.Таким образом, подъемную силу продуваемого профиля крыла птицынеобходимо рассматривать только как функцию от тяги, генерируемойпродуваемым профилем крыла птицы, и угла α, а теорему о подъемной силепродуваемого профиля можно сформировать в следующем виде:Подъемная сила продуваемого профиля всегда является функцией от тяги,генерируемой продуваемым профилем, и числено равна произведению тягипродуваемого профиля, как движителя, на sinα, где α – угол между вектором тягиR и горизонтом.Применение уравнения Эйлера, как контрольного варианта, длявывода формулы тяги продуваемого профиля крыла птицы, как движителяДля вывода формулы тяги продуваемого профиля крыла птицы с помощьюуравнения Эйлера необходимо обе части этого управления разделить на сцелью перехода на размерность кГ или Н, после чего уравнение Эйлерапреобразуется во второй закон И.Ньютона, [2], с. 151-153:, (14)где - секундный массовый расход газового потока через продуваемыйпрофиль крыла птицы, площадь сечения этого потока в зоне невозмущенногопотока Н, рис. 1, регламентируется , а в зоне заторможенного потока В-Срегламентируется площадью газодинамического тракта; - разница осевыхскоростей газового потока на выходе, V 2 , из трубки тока в зоне К-С и на входе,V 1 , в эту же трубку тока; - время импульса внешних сил, действующих натрубку тока в зоне К-С, или время перемещения потока от сечения К-К доISSN 2079.3944. Вісник НТУ “ХПІ». 2012. №44(950)17

Согласно выведенной теореме о подъёмной силе продуваемого профилякрыла птицы установлено, что подъёмную силу любого продуваемого профилявсегда нужно рассматривать как функцию от тяги, генерируемой продуваемымпрофилем, установлено, что КПД продуваемого профиля дополнительно зависитот угла α, который образуется между вектором тяги R и линией горизонта,установлено также, что все продуваемые профили типа лопастей гребных ивоздушных винтов, профилей крыльев самолета, планера, птиц и др. относятся кдвижителям прямой реакции, тяга которых должна измеряться только в кГ или Н.Общие выводы, перспективы дальнейших разработок.Таким образом, в данной статье полностью решена проблема объяснениядинамики полета птиц и других летающих объектов, решена проблема, котораядля Леонардо да Винчи (1506г.) и для Н.Е .Жуковского (1912г) так и осталасьнерешённой.Выведенные формулы тяги, полетного(тягового)КПД, теорема о подъемнойсиле продуваемого профиля крыла птицы полностью вписываются иподтверждают единую теорию движителей на непрерывных потоках, котораягласит, что все движители на непрерывных потоках описываются единымиформулами тяги, полетного (тяговой) КПД, единой теоремой о подъемной силепродуваемого профиля, и, как подтверждение этому, очередная статья будеткасаться вывода формулы тяги, полетного(тягового)КПД, теоремы о подъемнойсиле продуваемого профиля грот паруса яхты.Список литературы: 1. Мамедов Б. Ш. Основы единой теории движителей на непрерывныхпотоках. Вывод формулы тяги, полетного (тягового) КПД турбореактивных двигателей[Текст]/Б. Ш. Мамедов/. Восточно-Европейский журнал передовых технологий. -Харьков: изд.Технологический центр. Прикладная механика, 4/7(52),2011, с.15-20, изд. ВАК. 2. Мамедов Б.Ш. Глава 2. Основы единой теории движителей на непрерывных потоках. Вывод формулытяги, полетного (тягового) КПД, теоремы о подъемной силе продуваемого профиля, какдвижителя [Текст] /Б. Ш. Мамедов/ Вісник національного технічного університету «ХПІ».Збірник наукових праць. Тематичний випуск: Нові рішення в сучасних технологіях, - Харків:НТУ «ХПІ», -2011, - №33, - с. 146-153, видавництво ВАК. 3. Карачевский Г. Аэродинамика –кризиc класcической теории. [Текст] /Г. Карачевский/ Техника молодежи, №10, 2006, -с. 5-7. 4.Казанджан П. К. Теория авиационных двигателей [Текст] /П.К. Казаджан, Н.Д. Тихонов, А.К.Янко/ - М.: Машиностроение, 1983, - 223 с. 5. Патент 86788, Україна, МПК F02K 1/00,F02K3/00, F02C 7/04. Турбореактивний двоконтурний двигун [Текст] /Б. Ш. Мамедов - №а200607941, заявл. 14.07.2006, опубл. 25.05.2009, Бюл. №10, 2009р., - 24с. 6. Патент 58769,Україна, МПК F02K 1/00,F02K 3/08, F02К 7/00, F02K 3/11. Турбореактивний двигун зфорсажною камерою [Текст] /Б. Ш. Мамедов, - № u201011470, заявл. 27.09.2010, опубл.26.04.2011, Бюл. №8, 2011р., - 34с.УДК 629.7.036.001Глава 7. Основи єдиної теорії рушіїв на неперерваних потоках. Вивід формул тяги,польотного (тягового) ККД, теореми о підйомній силі продуває мого профілю крилаптаха, як рушія / Мамедов Б. Щ. // Вісник НТУ «ХПІ». Серія «Нові рішення в сучаснихтехнологіях». – Харків: НТУ «ХПІ». – 2012. - № 44(950). С.11 - 20Розглядаються недоліки сучасної теорії повітряно-реактивних двигунів, пов'язані зпомилковими фундаментальними формулами тяги, польотного (тягового) ККД академіка Б.С.Стечкіна та теореми про підйомної силі продувається профілю професора Н.Е. Жуковського.Из.: 1.Библиогр.: 6 назв.ISSN 2079.3944. Вісник НТУ “ХПІ». 2012. №44(950)19

Ключові слова: кінематичний аналіз, тяга продувається профілю, підйомна сила.UDK 629.7.036.001Chapter 7. Foundations of unit theory of movers on continuos flows. Calculation of theformulas of thrust, flying (thrust) efficiency, theorem of the rising force of blowing wing birdprofile, as a mover / Mamedov B. / Bulletin of NTU “KhPI”. Subject issue: New desicions ofmodern technologies. – Kharkov: NTU “KhPI”. – 2012. - № 44(950). P. 11 - 20We consider the shortcomings of the modern theory of jet engines associated with erroneousbasic formulas traction, flying (traction), the efficiency of Academician BS And Stechkin theoremblown lift the profile of Professor NE Zhukovsky. . Im.: 1: Bibliogr.: 6Keywords: kinematic analysis, the thrust blown profile lift.Надійшла до редакції 30.06.2012УДК 621.784.4А. А. ДУДНИКОВ, канд.техн.наук, проф., ПГАА, Полтава;А. И. БЕЛОВОД, канд.техн.наук, доц., ПГАА, Полтава;А. А. КЕЛЕМЕШ, ассис., асп., ПГАА, ПолтаваКЛАССИФИКАЦИЯ ИЗНАШИВАНИЯ ДЕТАЛЕЙСЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ МАШИНВ статье изложена классификация процессов изнашивания деталей машин и рассмотренмеханизм их протекания Из.: 3. Библиогр.: 6 назв.Ключевые слова: классификация, изнашивание, механизм, деформацияДетали сельскохозяйственной техники и других технологических машин впроцессе эксплуатации подвергаются различным видам изнашивания,вызывающим возникновения неисправностей естественного и аварийногохарактера. Наиболее характерным видом повреждений является износ,возникающий при трении контактируемых поверхностей сопрягаемых деталей.Изнашивание деталей машин происходит, как правило, под влияниемвнешних факторов: характера применения нагрузки, вида смазки и способа еёподвода, формы размеров трущихся поверхностей, скорости относительногоперемещения трущихся тел и др. Указанные факторы вызывают измененияисходных физико-механических свойств материала контактируемых деталей иизнашивание трущихся поверхностей (ДСТУ 2823-94).Сила и коэффициент трения могут изменяться в широком диапазоне взависимости от вида и характера нагрузки, скорости относительногоперемещения деталей, видом и условий смазки, шероховатости трущихсяповерхностей.При контакте трущихся поверхностей и относительном их перемещении вповерхностных слоях материала деталей возникают механические имолекулярные взаимодействия, приводящие в конечном итоге к разрушениюмикрообъёмов поверхностей, т.е. к их износу. Интенсивность изнашиваниязависит от условий взаимодействия трущихся пар.По И.В. Крагельскому в процессе трения и изнашивания наблюдается три© А. А. ДУДНИКОВ, А. И. БЕЛОВОД, А. А. КЕЛЕМЕШ, 2012ISSN 2079.3944. Вісник НТУ “ХПІ». 2012. №44(950)20

этапа: образование фрикционной связи – взаимодействиеповерхностей;существование фрикционной связи, обусловленное изменениями,протекающими на соприкасающихся поверхностях в процессе трения врезультате деформаций; нарушение фрикционной связи и разрушениеповерхности.Молекулярно-механическая теория И.В. Крагельского объясняет внешнеетрение твёрдых тел в более широком диапазоне условий эксплуатации. Согласноэтой теории износ определяется микрорезанием, упругим и пластическимдеформированием, микросхватыванием и глубинным вырыванием (рис. 1).В молекулярно-механической теории, разработанной Б.В. Дерягиным иБ.П. Костецким, даётся наиболее полное объяснение явлений, которые вызванытрением. По этой теории имеется три вида взаимодействия поверхностей:механическое отдельных шероховатостей; молекулярное, связанное собразованием окисных плёнок; молекулярное схватывание.В результате трения, вызванного внешними условиями, поверхностные слоиконтактируемых деталей претерпевают существенные изменения, приобретаяновые физико-механические свойства. Эти слои, в свою очередь, вступают вовзаимодействие с внешней средой и друг с другом: так происходит процессизнашивания материала деталей.Подробная классификация видовизноса предложена авторами [1],которые отмечают, что наиболеенеблагоприятной для трущихсяповерхностей является граничнаясмазка.В соответствии с международнымстандартом ИСО 4378/3 граничнойсмазке не свойственны объёмныесвойства смазочного материала, и онаопределяется свойствами граничныхслоёв, возникающих привзаимодействии материала поверхноститрения и смазочного материала врезультате физической адсорбции илихимической реакции.Поверхности трения бронзовыхРис. 1. Классификация видоввзаимодействия, изменений иразрушений поверхностных слоёв: І –виды взаимодействия; ІІ – видыфизико-химических изменений; ІІІ –виды разрушенийвтулок шатунов, опорных шеек распределительных валов и других деталейдвигателей внутреннего сгорания периодически работают в условиях граничнойсмазки. В этом случае надёжность узлов трения определяется способностьюграничных смазочных слоёв разделять поверхности трения, предотвращаяповышенный износ.В зависимости от условий трения и материалов трущихся пар имеет местотот или иной вид нарушения фрикционных связей и изнашивания.Классификация видов изнашивания представлена на рис. 2.По данным работ [2], наиболее распространёнными видами износа являютсяISSN 2079.3944. Вісник НТУ “ХПІ». 2012. №44(950)21

абразивное, адгезионное,усталостное, кавитационное,коррозионное и эрозионное.Как видно из диаграммы(рис. 3), большинстводеталей выходит из строя врезультате абразивного,гидро- и газоабразивногоизнашивания. Его характерможет значительно менятьсяв зависимости от физикомеханическихсвойствРис. 2. Классификация видов изнашиванияматериала и абразива, давления в зоне контакта, скорости деформированияповерхностного слоя, температуры нагрева материала и агрессивности среды.Металлические поверхности в процессепластического деформирования обычноупрочняются. Сила и напряжение трениязависит от прочностных свойств тела изакономерностей изменения их в процесседеформации. Закономерности измененияпрочностных свойств приконтакных слоёвзависят от степени и скорости деформации.Как правило, прочность поверхностныхслоёв больше прочности слоёв в объёме телав результате дополнительных деформацийсдвига, среза неровностей, которымподвергается деталь при обработке.Согласно исследованиям некоторых авторов[3] жёсткость контакта в направлениидвижения достаточно велика, а деформациямала. Поэтому выступы контактирующихмикронеровностейповерхностейдеформируются только в направлениидействия внешней нормальной нагрузки,поскольку возникающие напряжения будутпревосходить предел текучести.511% ‐ прочиевидыизнашивания(эрозионное,кавитационное)413%‐усталостноеизнашивание315% ‐изнашиваниеприсхватывании143%‐абразивноеизнашивание219% ‐изнашиваниепри фреттингкоррозииРис. 3. Диаграмма распределенияразличных видов изнашиваниядеталей сельскохозяйственныхмашин: 1 – абразивное, газоабразивное(43%); 2 –изнашивание при фреттингкоррозии(19%); 3 – изнашиваниепри схватывании (15%); 4 –усталостное изнашивание (13%); 5– прочие виды изнашивания:эрозионное, кавитационное (11%)На величину изнашивания в зависимости от параметров режима тренияоказывает влияние продолжительность контакта отдельных участков. Приперемещении трущихся поверхностей вследствие трения с относительно малымискоростями скольжения возникают механические релаксационные колебания.Колебательное изменение силы трения в зависимости от продолжительностикаждого движения может иметь близкую к синусоидальной форму [4].Изнашивание трущихся поверхностей в условиях трения скольженияпроисходит вследствие пластического деформирования отдельных неровностей,удаления с контактирующих поверхностей разрушенных адсорбированных иISSN 2079.3944. Вісник НТУ “ХПІ». 2012. №44(950)22

окисных плёнок, разрушения металла на отдельных наиболее сближенныхучастках контакта при одновременном протекании окислительных процессов наповерхности трения. Повышение давления или температуры трения до значений,при которых в наиболее сближенных участках контакта металл поверхностногослоя пластически деформируется, приводит сначала к образованию надрывов, азатем к вырыванию частиц металла и переносу их на более прочную поверхностьдругого тела.В диапазоне давлений и скоростей, при которых металл в тонкомповерхностном слое упрочняется и адсорбированная или окисная плёнкиэффективно разделяют трущиеся поверхности, изнашивание деталей происходитза счёт выкрашивания и удаления плёнок, разрушения металла на отдельныхнаиболее сближенных участках контакта, где прочность становитсянедостаточной.В условиях трения при упрочнении металла в тонком поверхностном слоетолщина окисной или адсорбированной плёнок может достичь максимальногозначения, при котором износ трущихся поверхностей становится минимальным.Снижение износа происходит вследствие упрочнения металла при обработке, атакже образования твёрдых плёнок.Нежелательным явлением при трении скольжения является схватывание,зависящее от степени пластичности обрабатываемого материала. Процесссхватывания по мнению П.А. Ребиндера [5] происходит в следующейпоследовательности. В начале на поверхности трения образуются участкиконтакта с рисками, расположенными в направлении контакта. Затем происходитувеличение количества, размеров и глубины рисок. На третьей стадии внаправлении скольжения появляется сравнительно широкий и не глубокий задирс неслившимися между собой бороздками. В дальнейшем задир получаетпоследующее развитие, бороздки сливаются в одно целое, появляются вырывы иперенос частиц металла.Как полагает А.М. Сулима [6], процесс изнашивания можно разделить на тристадии.На первой – происходит изнашивание трущихся поверхностей при малыхскоростях скольжения и под влиянием давления наиболее полно протекаетпластическая деформация металла в тонком поверхностном слое.Во время второй стадии происходит изнашивание в условиях возрастающегоупрочнения металла в активном слое. При этом скорость деформациипревалирует над температурой трения и удаление плёнок компенсируется ихвосстановлением.На третьей стадии изнашивание осуществляется в условиях разупрочнения иповышения пластичности металла в тонком поверхностном слое, при которомтепловое воздействие превалирует над скоростью деформирования.Изучение локальных деформаций и структурных изменений поверхностейтрения имеет большое значение для познания явлений изнашивания, посколькупластическая деформация является тем первичным процессом, который создаётусловия для протекания больших вторичных элементарных процессовизнашивания.ISSN 2079.3944. Вісник НТУ “ХПІ». 2012. №44(950)23

Анализ различных классификаций износа свидетельствует, что на практикепроцесс изнашивания выглядит значительно сложнее, чем это описано во многихработах. В процессе эксплуатации разрушение металла протекает приодновременном действии различных факторов. Поэтому процесс износа являетсямногогранным.Для оценки характера изнашивания и выбора методов упрочнения,необходимо проведение исследований влияния основных факторов на протеканиепроцесса износа деталей определённой номенклатуры.Список литературы: 1. Чичнадзе А. В. Трение, износ и смазка (трибология и триботехника) /А. В. Чичнадзе, Э. М. Берлинер, Э. Д. Браун. – М.: Машиностроение, 2003. – 576 с. 2.Костецкий Б.М. Поверхностная прочность материалов при трении / Б. М. Костецкий и др. – К.:Техника, 1976. – 291 с. 3. Михин Н. М. Экспериментальные исследования зависимостисближения шероховатых поверхностей от нагрузки при пластическом контакте / Н. М. Михин,В. В. Алисин. – М.: Машиностроение, 1984. – 266 с. 4. Евдокимова А. Н. Закономерностьсдвиговых деформаций при высокоскоростном трении и шлифовании и свойстваповерхностных слоёв / А. Н. Евдокимова. – К.: Урожай, 1998. – 113 с. 5. Ребиндер П. А. Физикомеханическаямеханика / П. А. Ребиндер. – М.: Наука, 1979. – 331 с. 6. Сулима А. М.Поверхностный слой и эксплуатационные свойства деталей машин / А. М. Сулима, В. А. Шулов,Ю. Д. Ягодин. – М.: Машиностроение, 1988. – 240 с.УДК 621.784.4Класифікація зношування деталей сільськогосподарських машин/ Дудников А. А.,Біловод А. І., Келемеш А. А. // Вісник НТУ «ХПІ». Серія «Нові рішення в сучаснихтехнологіях». – Харків: НТУ «ХПІ». – 2012. - № 44(950). С. 20 - 24У статті викладена класифікація процесів зношування деталей машин і розглянутомеханізм їх перебігу. Із.: 3 Бібліогр.: 6 назв.Ключові слова: класифікація, зношування, механізм, деформаціяUDK 621.784.4Classification of wear parts of agricultural machines / Dudnikov A. A., Bilovod A. I.,Kelemesh A. A.// Bulletin of NTU “KhPI”. Subject issue: New desicions of modern technologies. –Kharkov: NTU “KhPI”. – 2012. - №44(950). P. 20 - 24In this paper the classification of the wear of machine parts and the mechanism of theiroccurrence. . Im.: 3: Bibliogr.: 6Keywords: classification, wear mechanism of the deformationНадійшла до редакції 30.07.2012ISSN 2079.3944. Вісник НТУ “ХПІ». 2012. №44(950)24

УДК 681.518.3ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИИ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯО. М. ЗІГУНОВ, асп., НУХТ, Київ;В. Д. КИШЕНЬКО, канд. техн. наук, проф. НУХТ, КиївТЕХНОЛОГІЧНИЙ МОНІТОРИНГ ПРИ СЦЕНАРНОМУКЕРУВАННІ ВИРОБНИЧИМИ ПРОЦЕСАМИУ статті сформульована задача керування процесом екстракції цукру з погляду сценаріївоптимізації показників якості, витрат та продуктивності. Розглянуто застосування ефективнихпрограмних та апаратних засобів автоматизації, а також впровадженням підсистемтехнологічного моніторингу, що призначені для вибірки з вихідної технологічної інформаціїнеобхідного об'єму для розв’язання відповідної задачі. Реалізовано А-сценарій керуваннядифузійним апаратом. Іл.: 3. Бібліогр.: 9 назв.Ключові слова: технологічний моніторинг, сценарний підхід, мережа ПетріВступСучасні виробництва, в тому числі і цукрове, відносяться до складнихорганізаційно-технічних систем [1], автоматизоване керування якими вимагаєзастосування сцецифічних методів та алгоритмів, що оптимальним чиномвраховують особливості об’єкта керування, в тому числі і унікальні. Такіособливості проявляються при функціонуванні одного із основних відділеньцукрового заводу-дифузійного: велика кількість типових технологічнихпроцесів, що маютьрізноманітню фізику-хімічнуприроду; багатофакторність;високий рівень перешкод тазбурень, різнохарактернаневизначеність; наявністьпереміжності (інтермітансу),коли регулярний, ламінарнийхарактерзмінюваннятехнологічних параметрів в часіпереходить на хаотичний,турбулентний. Причому такіРис. 1. Атрактивна поведінкапереходи відбуваються дифузійного відділення в областішвидкоплинно і формують, як технологічних параметрів ”Втрати цукру ввстановленонашими жомі - Температура в дифузійному апаратідослідженнями,атрактивнурН середовища”поведінку об’єкта (рис.1).Виходячи із таких особливостей об’єктів керування, ефективне керуванняними можливе при умові застосування методів сценарного керування [2].© О.М.ЗІГУНОВ, В.Д.КИШЕНЬКО, 2012ISSN 2079.3944. Вісник НТУ “ХПІ». 2012. №44(950)25

Аналіз літературних даних та постановка проблемиСценарний підхід дозволяє врахувати багатогранність варіантів можливогорозвитку подій в умовах ситуаційної невизначеності [3]. Подібний підхід нетільки забезпечує можливість гнучкого керування технологічними процесами,але дозволяє сформувати альтернативні плани дій в залежності від того, який ізсценаріїв реалізується на практиці. При цьому забезпечується, на відміну відтрадиційного структурно-функціонального підходу, адаптивне до поточноїситуації керування, що значно підвищує точність і оперативність керування,виконуючи вирішальну роль при досягненні та підтримці цільового стануоб’єкта керування [4]. Особливо ефективність сценарного керуванняпідвищується в умовах утворення зон хаотичної турбулентності, що є властивимдля багатьох складних технологічних процесів [5]. Сценарії представляють собоюможливі варіанти майбутнього розвитку подій при врахуванні можливих йогоперспектив при відсутності ймовірнісних оцінок їх виникнення шляхомврахування несуперечливих об’єктивних факторів. Сучасна практиказастосування сценарного підходу в процесах керування передбачає комплекснийаналіз, системне формування об’єктивних альтернативних шляхів та тенденційрозвитку об’єкта, підвищуючи таким чином гнучкість, спеціалізаціюінструментарію та прискорення процесів прийняття рішень в умовах високоїневизначеності. Для зменшення ризиків дуже важливим є удосконаленняінструментів контолю та моніторингу, які дозволили б не тільки системнооцінювати перспективи розвитку об’єкта у всьому різноманітті факторів татенденцій, але бути відкритими і адаптованими, надаючи можливість оперативноприймати ефективні рішення по керуванню. Розробка стратегій керування наоснові сценаріїв забезпечує системі керування більш ширший простір дляманевру, розширює можливості оперативної оцінки ситуації та потенційнихнаслідків в ймовірних змінюваннях умов функціонування, пов’язуючи їхможливими варіантами розвитку виробничих ситуацій.Своєчасне прийняття рішень при керуванні технологічним процесом (ТП)цукрового виробництва пов’язано з застосуванням ефективних програмних таапаратних засобів автоматизації, а також впровадженням підсистемтехнологічного моніторингу, що призначені для вибірки з вихідної технологічноїінформації необхідного об'єму для розв’язання відповідної задачі і представляє наетап ситуаційного аналізу результати обробки вихідних даних в оптимальномувигляді для прийняття рішення [6]. Це дозволяє представляти персоналунайбільш важливу інформацію більш компактно і систематично щодо конкретнихвиробничих задач. При цьому за простим і зрозумілим кінцевим представленнямстоїть складний, багатоступінчастий етап обробки вхідної технологічноїінформації, і завдяки автоматизації даного етапу, ефективність контролю станутехнологічного процесу багаторазово зростає [7].Дані про перебіг технологічного процесу з блоку АСУТП дифузійнимвідділенням (поточні значення параметрів) та дані з АРМ лабораторії (результатифізичко-хімічних досліджень) зберігаються в динамічній базі даних, яка міститьінформацію про конкретні ситуації для кожного стану та критерії і фактори, яківпливають на перебіг ТП. Оператор чи експерт використовуючи спеціальнеISSN 2079.3944. Вісник НТУ “ХПІ». 2012. №44(950)26

програмне забезпечення через людино-машинний інтерфейс формують базузнань, яка містить фактичні знання, що відносяться до даної предметної областіта відомості про існуючі невизначеності та базу сценаріїв. Враховуючи дані проперебіг технологічного процесу (з динамічної бази даних) за допомогою блокуаналізу стану технологічного процесу визначається поточна ситуація на кожнійділянці ТП. Далі, в модулі вибору критерію, оператор обирає критерій за якимбуде здійснюватись оптимізація в поточний момент часу. Згідно вибраногокритерію в модулі вибору сценарію керування у відповідності до прописаногоалгоритму вибирається оптимальний сценарій (набір ситуацій) і в якостірекомендації оператору через модуль взаємодії здійснюється керуваннятехнологічним процесом [6].Моделювання перебігу процесів являє собою циклічний процес, в якомузнання про досліджувану проблему розширюються і уточнюються, а початковамодель постійно вдосконалюється. Моделювання засноване на сценарномупідході. Сценарій – це сукупність тенденцій, що характеризують ситуацію впоточний момент, бажаних цілей розвитку, комплексу заходів, направлених нарозвиток ситуації, та системи параметрів (факторів), що спостерігаються тапоказують перебіг процесів.Сценарій може моделюватися за трьома основними напрямками [1]:- прогноз розвитку ситуації без будь-якої дії на процеси в ситуації (ситуаціярозвивається сама собою);- прогноз розвитку ситуації з вибраним комплексом заходів (керуваннь) –пряма задача;- синтез комплексу заходів для досягнення необхідної зміни стану ситуації –обернена задача.Ситуація може бути визначена як:() i () i () iSt ( ) J ( x ( ti), y ( ti), ti)0 titi , 0,1,..., st ;0 0(1)де J= (x(t),y(t),t) – очікувана подія, i - кількість подій, що характеризуютьдану ситуацію, t - момент часу, в який визначається ситуація у відповідності зпродукційними правилами вибору Ã (t) , x(t),y(t) - реалізація нечітких значеньвідповідно вхідних та вихідних змінних, отриманих в момент часу .Обстановка I(t) в момент часу t є набором ситуацій в поточний момент часуS(t) та квазіінформаційних гіпотез (КІГ) особи , що приймає рішення Θ(t), дляякої сценарій визначаємо як послідовність ситуаційно-значущих зон та КІГ:RR( I( ti), ti) i 0,1,... N;(2)N – глибина сценарію.Для експерта, що займається постановкою та вирішенням проблемпризначена детальна технологія отримання послідовностей у вигляді наборустратегій та правил вибору( a i1) ( i) ( )J (1) a ( ), КІГevti Jev ti M ( ti, C( ti)),(3)де a – нечіткі фактори, М - метанабір системи:M=(M 0 (Y;U;P);M E (X);M D (Q)M ME ; Ã) (4)ISSN 2079.3944. Вісник НТУ “ХПІ». 2012. №44(950)27

M 0 (Y;U;P) - ідентифікована модель системи; y Y – номенклатура вихіднихзмінних об’єкта; u U - номенклатура керуючих дій; pP- номенклатуравикористаних ресурсів (сировини, напівфабрикатів, енергії); М Е (Х)- модельоточуючого середовища (параметри сировини, напівфабрикатів); x X -номенклатура зовнішніх впливів (змінювання якісних показників сировини);M D (Q) - модель поведінки системи; Q - умови функціонування системи; М МО -модель визначення стану системи; М МЕ - модель визначення зовнішніх збурень(що визначаються як функтори переходів з однієї категорії якості сировини віншу категорію); Ã - продукційні правила вибору; Ct ( i)– стратегія керування.В основі експертного опису лежить поняття експертно-значущої розбивки( a(ЕЗР) фазового простору Z=XxY та ситуаційно-значущої зони J) ev() t , яківідбуваються в послідовності, вказаній в системі надання переваг R(Ξ), щовизначається об’єктивними законами. Модель поведінки об’єкта, для якоїa ( e)Ξ Z , A та слідування ЕЗП R(Ξ) будемо називати ЕЗР-визначені ЕЗР моделлю M(Ξ, R(Ξ)) Ξ, R(Ξ) .Розглянемо технологічний процес екстракції цукру, що є складним, зпогляду сценаріїв оптимізації показників якості, витрат та продуктивності.Процеси представляють сукупність окремих, головним чином, послідовнихоперацій. Ефект кожної операції визначається не лише власне нею, але єрезультатом впливу на продукт попередньої та наступної операції. Сценарнийпідхід є одним з найпоширеніших методів досліджень, який дозволяє адекватносформулювати думки фахівців щодо прогнозування перебігу подій у складнихсистемах. Кожен сценарій зв'язує зміну зовнішніх умов з результуючими(наслідковими) змінними [1].Простота та потужність нечіткої логіки, як методології вирішенняпроблемних ситуацій, гарантує її успішне застосування у вбудованих системахконтролю та аналізу інформації, при цьому відбувається залучення інтуїції тадосвіду оператора (експерта) [8].Результати дослідженьДля кожної системи можна виділити множину цілей її функціонування тамножину факторів, що впливають на неї. Цілі та фактори, які є зовнішніми,зазвичай структуровані, тобто складаються із підцілей і підфакторів, які в своючергу теж складаються із своїх підцілей і підфакторів і т.д. В результаті, списоквиявиться досить великим. Зрозуміло, що елементи отриманого спискунерівнозначні і в різній мірі впливають на поведінку системи. Отже, необхідно,враховуючи думки експертів, проранжувати цілі та фактори, відібрати з нихнайбільш вагомі, тобто провести факторно-цільовий аналіз. Разом з ним можеефективно застосовуватись ситуаційний аналіз, суть якого полягає в аналізіситуацій – стадій розвитку системи, коли фіксується початкова та кінцеваситуація і визначаються переходи між ними. Таким чином, визначається набірвнутрішніх цілей та факторів, що доповнюють відповідний набір зовнішніх.Задача визначення ситуацій та їх класифікації формується наступним чином.Ситуація визначається деяким відношенням на множині параметрів {Y}, якіISSN 2079.3944. Вісник НТУ “ХПІ». 2012. №44(950)28

характеризують стан об’єкта керування, множиною класів ситуацій {K S }, щовідображені в сценарії керування, множиною алгоритмів класифікації {K A }, атакож правилами вибору алгоритмів класифікації {P K }. Визначена ситуаціядозволяє встановити множину моделей прийняття рішень з урахуванням ступенюситуаційного ризику, згортки та динамічної пріоритетності критеріїв, типу таметодів розв’язання конфліктів (ресурсних, критеріальних або ситуаційних).Множина вибраних моделей дозволяє сформувати стратегії пошуку рішень зкерування та здійснити їх синтез у відповідності з поточними цілями такритеріями керування, що відображуються в певному фрагменті сценаріюкерування.Основні елементи, з яких складається сценарій мають такі характеристики:- окремі фактори, виражені лінгвістичною змінною, що характеризуєйого нечітку належність до певного лінгвістичного поняття (“низько”, “нижченорми”, “норма”, “вище норми”, “високо”) ;- на основі експертного опитування вводяться бальні оцінки пріоритетуцілей та експертні ймовірнісні оцінки досягнення цілей при різних значенняхфакторів впливу на технологічні процеси.Під час керування технологічним процесом екстракції цукру можевиникнути множина ситуацій, яка вимагає розгляду та розробки алгоритмів дляпоточного аналізу ситуацій в реальному масштабі часу.Метод сценаріїв отримав потужну підтримку після створення спеціальнихмов програмування сценаріїв. За його допомогою здійснюється первинневпорядкування проблеми, виявлення даних про її передісторію, поточний стан йзв’язки з іншими проблемами, також може будуватись прогноз подальшогоперебігу технологічного процесу. Кожен сценарій зв'язує зміну зовнішніх умов знаслідковими змінними. Сценарії являють комплекс моделей (метанабірсистеми), за допомогою яких при певних умовах функціонування системивизначаються послідовності фазових станів в принципові, з точки зору керування,моменти – експертно-значущі події. Сценарій - спосіб досягнення поставленихцілей з урахуванням факторів впливу середовища, в якому знаходиться система.Формування сценаріїв керування дифузійною установкою вимагаєвсесторонього розгляду можливих підходів формування самоорганізаційнихструктур з урахуванням ризику та невизначеності.Важливим чинником формування стратегії керування з урахуваннямситуаційної невизначеності є включення механізмів синтезу управляючихсценаріїв поведінки параметрів дифузії.Урахування такого роду характеру поведінки процесів екстракції цукрудозволяє побудувати множину стратегічних сценаріїв керування.При цьому розглядаються система моделей, що описує процеси змінипараметрів та умов функціонування дифузійного апарату, дискретно фіксуючипринципові, з точки зору розробника САУ дифузійним апаратом, моментипереходу на новий якісний рівень функціонування та режимів роботи. Сценаріїкерування формується в залежності від цілі керування і правил виборууправляючих дій, в сценарії керування присутня особа, яка приймає рішення,приймаючи активну участь в досягненні поставленої цілі керування.ISSN 2079.3944. Вісник НТУ “ХПІ». 2012. №44(950)29

Формування сценарію керування ДА будується на суб’єктивно-об’єктивнійсхемі, яка застосовується в процесі аналізу та прийняття рішень, тобто спочаткуформуємо розширений фазовий простір Z=XxY, в якому здійснюєтьсядослідження поведінки параметрів процесу екстракції. На наступному етапірозбиваємо простір Z на підмножини, які характеризують якісно експертнозначущі властивості ДА. При цьому експертним шляхом визначаємо робочу0область Z Z , в якій розглядається функціонування об’єкта.Представивши ЕЗР заданим набором показників (характеристик s p )встановлюється центр елементарної розбивки, який задає нормальний станвиділених показників об’єкта, формуємо як стандартний стан деякої векторноїзгортки розширених фазових координат (наприклад, фазовий простір зміникоординат системи).Наступним кроком генерування сценарію є визначення зв’язків міжелементами ЕЗР. Процедура розвитку ЕЗП може бути оцінена з різних точок зору[4]. Виділяють дві крайні можливості:1. слідування екзогенним шляхом (синергетичний підхід);2. слідування ендогенним шляхом, яке ґрунтується на детальному описіперехідних процесів (в окремому випадку це можуть бути процеси керування збажаною ціллю), які лежать в основі атрактивного підходу.Між цими точками зору лежить цілий спектр можливих варіантів моделей.Для побудови сценарію формально пропонується використання двох часовихшкал:1. шкала Z t , за допомогою якої описуються динамічні траєкторії ОУрозширеного фазового простору Z (як правило, це шкала безперервного часу).2. шкала R t дискретного часу, у відповідності з якою проходять всі подіїсценарію, що формується.При формуванні сценарію послідовно виділяються фактори невизначеніa N 0 і випадкові bB0. Далі визначаються поняття умовне рішенняR( a, b)Г0 N0 B0, очікувана подія J i (x (i) (t i ),y (i) (t i ),t i ) в момент часу t i Z t , образситуації S(t), образ обстановки I(t i ) в момент часу t Zt.Ефективним методологічним прийомом при визначенні елементів сценаріюповедінки ДА може слугувати магістральний підхід до аналізу проблеми [7],зміст якого полягає в тому, що визначаються окремі спеціальні багатообрази(зони стійкості фазових портретів) фазового простору, які описують ефективні зточки зору заданих цільових функцій траєкторії розвитку системи. Визначеннятаких елементів дозволяє здійснити синтез оптимального керування і вказативідповідні оптимальні траєкторії проходження процесів екстракції.На прикладі фазових портретів в результаті дослідження характернихвластивостей процесів екстракції були виявлені характерні ситуаційно значущізони.Так, в розрізненні технологічна ситуація S(t), як образ, описується векторомознак, що характеризують відповідний об’єкт, та визначається деякимвідношенням на множині параметрів {Y}, яка характеризується множиною класівISSN 2079.3944. Вісник НТУ “ХПІ». 2012. №44(950)30

ситуацій {K S }, що відображені в сценарії керування, множиною алгоритмівкласифікації {K A }, а також правилами вибору алгоритмів класифікації {P К }.{Y}={K S ,K A ,P К }, (5)В даній предметній області в якості образу приймається множина станівроботи ДА, що дозволяє однозначно ідентифікувати ситуацію і віднести її допевного класу.При реалізації сценаріїв бази знань системи керування ДА булозапропоновано наступний варіант представлення знань. Для виконанняпоставлених задач пропонується використання представлення знань у виглядісценаріїв, використовуючи фреймову модель. Сценарій уявляється деякоюмережею, вершинами якої є факти, а дугами – зв’язки, що описують відносиниспеціального типу, наприклад “причина – наслідок”, “частина – ціле”. Сценаріївикористовуються як засіб представлення проблемно-залежних каузальних знаньі задаються у вигляді фреймоподібних спискових структур.Характерними особливостями сценаріями керування, які будуються дляінтелектуальної системи керування ДА, є врахування семантичнихзакономірностей та самоорганізаційних особливостей процесів дифузії. Виходячиз особливостей процесів екстракції та їх дослідження, системи такого типу можнахарактеризувати наявністю русел та джокерів, які є властивими для хаотичнихсистем [8]. Тому доцільним методом побудови сценаріїв є сценарний аналіз, щобазується на концепції сценарного обчислення: визначення пучків сценаріїв(сценарних просторів) і відповідних їм обраним пакетам невизначеностей тастратегій. В свою чергу над кожним з сценаріїв здійснюються певні операції.Стратегії сценаріїв керування ДА будуються на основі стратегії особи, щоприймає рішення (ОПР), в рамках повного циклу прийняття рішення тахарактерних властивостей процесу екстракції визначених шляхом комп’ютерноїобробки результатів експерименту.Реалізацію сценаріїв керування технологічними процесами доцільноздійснювати на основі нечіткої моделі представлення знань, попередньоформалізувавши змінні, якими характеризуються даний процес. Такий спосіб єдостатньо гнучким та зручним для представлення логічних відношень міжелементами сценаріїв. Використання нечітких моделей дозволяє не тількивказати належність певного елементу даній множині, а й ступінь цієї належності.Безумовними перевагами нечітких моделей порівняно з іншими методами(заснованими на теорії планування експерименту, баєсовський підхід, методфазового інтервалу, логічне програмування) є можливість проведення швидкогомоделювання складних динамічних систем та їх порівняльний аналіз, можливістьвикористання нечітких вхідних даних (наприклад, результатів лабораторнихдосліджень чи органолептичних оцінок) та представлення знань, що містяться вданих, в зрозумілому для оператора вигляді.Системи з нечіткою логікою функціонують за однаковим принципом:результати вимірювань фазифікуються (переводяться в нечіткий формат),обробляються, дефазифікуються і у вигляді уніфікованих сигналів подаються навиконавчі механізми. Нечітка логіка базується на лінгвістичній апроксимації.ISSN 2079.3944. Вісник НТУ “ХПІ». 2012. №44(950)31

Основна ідея лінгвістичної апроксимації полягає в формалізації причиннонаслідковихзв’язків між змінними “ входи (фактори) - вихід ” за допомогоюопису цих зв’язків природною мовою з застосуванням теорії нечітких множин талінгвістичних змінних.Формально, лінгвістична змінна описується такими параметрами : Х- ім’язмінної; Т - терм-множина, кожен елемент якої задається нечіткою множиною науніверсальній множині U; G – синтаксичні правила, що утворюють назви термів;М – семантичні правила, що задають функції належності нечітких термів.Функції належності зручно задавати в параметричній формі. Найбільшупопулярність отримали трикутна, трапецевида, гаусова, сигмоїдальна та Піподібнафункції належності.Так як, Пі-подібна функція дозволяє здійснити плавний перехід відпесимістичної до оптимістичної оцінки нечіткого числа, тому для побудовифункції належності змінної “рН середовища” було використано саме її. На рис.2показано побудову даних функцій та наведені визначення терм – множин змінної.Рис. 2. Функції належності лінгвістичної змінної “рН середовища”Реалізація КСЦ системи керування ДА здійснюється на основі нечіткоїмоделі представлення знань. Такий спосіб є достатньо гнучким та зручним дляпредставлення логічних відношень між елементами сценаріїв.Формування управляючої послідовності інструкцій для системи керуванняДА проходить при допомозі процедури логічного висновку на етапі роботиінтелектуальної системи керування ДА. Основою для запуску машини висновку євиникнення ситуації і її повне розпізнання. При цьому проходить побудова деякоїпослідовності виду:Swni1Simj1Sjpk 1Sk, (6)де i - номер блоку сценаріїв, виходячи з пріоритетної стратегії вибору, j -номер сценарію, виходячи з ознак образу ситуації; k -тий крок виконанняобраного фрагмента сценарію.У основі методу побудови послідовності S w , є принцип деталізації, якийполягає у виборі альтернатив при побудові розширеного сценарію на основіукрупненої послідовності дій у відповідності з послідовністю:S S деталізація процедур.wlISSN 2079.3944. Вісник НТУ “ХПІ». 2012. №44(950)32

Процеси сценарного керування, що протікають в автоматизованій системікерування ДА, слабко формалізуються через свою недетермінованість (динамікузміни можливих стратегій). Ця обставина приводить до складності апарата, щомоделює логічну структуру керування цим процесом. Як інструмент длямоделювання й дослідження якісних характеристик динамічних систем і процесівшироко використовується апарат мереж Петрі [9].Систему А назвемо керованою системою із двійковою логікою, якщо системаА має множину компонентів P pi , i 1, n з різними характеристиками;кожний з компонентів перебуває в одному із двох станів: активний або неактивний; на множині компонентів P pi , i 1, n визначена множина функційпереходу від одного стану до іншому, кожна з яких залежить від деякої системноїподії. Якщо серед функцій переходу є залежні від інтерактивного впливу,систему А назвемо інтерактивно керованою системою з двійковою логікою.При формуванні сценаріїв керування ДА станом або сценарієм S i системи Аназвемо набір активних компонентів1 2S k , k ,...kri pi pi pi P, (7)k kkде для pi Ppii i Si, якщо стан pi: активний перехід від стану до стануздійснюється стрибком, за допомогою активізації іншого набору життєвих станівДА.Процес функціонування подібної системи є недетермінованим, оскількизаздалегідь неможливо з повною достовірністю прогнозувати який з наборівможе бути активізований в i-й момент часу. Цей процес може бутиформалізований у вигляді концептуальної моделі, побудованої на базі теоріїмереж Петрі. В основі цієї моделі лежить твердження про те, що логічнаструктура певної системи є обмежена мережа Петрі N P, T, F, H, Mo , деp pi, i 1,n- множина позицій; T tj, j 1, m - множина переходів, причомуPT 0 ; F i і H – відображення F: PT ; H : T P, що задають матрицямиінцидентності F: PT 0,1і H : PT 0,1 , причому F p, t 1, якщоперехід t інцидентний позиції p, H t, p 1, якщо позиція P інцидентна переходуt; M o де : P 0,1 - початкове маркування або розмітка.У рамках даної моделі представлення сценаріїв множина компонентівсистеми є множина позицій P; стан системи визначається множиною активнихкомпонентів; активному компоненту відповідає позначена позиція; активніймножині компонентів - деяка розмітка M о ; множині активних - множинаприпустимих; початковій множині активних компонентів - початкова розміткаM o ; T- множина всіх можливих переходів від одного стану системи до іншого;зміст відображень F i і H очевидний.Для того, щоб будь-який перехід tTбув досяжний з розмітки M o ірозмітка будь-якої позиції P i була обмежена при функціонуванні мережіp P p 1 - досить виконання умови:i m iISSN 2079.3944. Вісник НТУ “ХПІ». 2012. №44(950)33

де , ,hm m1nkjik ,j1 j1 k1true - логічні функції конъюнкції, диз'юнкції й імплікаціїf відповідно, kjF,hik H- елементи матриць інцидентності, причому розширенаматриця Hhm1,1...hnотримана з матриці H шляхом доповнення рядкомm 1,, деh m ( p )m 1,i o i.Всі переходи мережі, якої досяжні з розмітки M o , можна представитипозиційно еквівалентної з розмітки M o мережею, у якої дерево досяжностізбігається з деревом досяжності вихідної мережі, а топологія задовольняє умовідосяжності будь-якого переходу.Сказане дозволяє виділити із класу обмежених мереж Петрі підклас,названий TS-мережею Петрі.Виділений клас обмежених TS-мереж має ряд властивостей, головними зяких є наступні:1. В обмеженій TS-мережі Петрі для tj, дозволеного в рамках сценарію S i ,виконані дві умови:1.1. всі вершини p .... i1 pik, що становлять сценарій S i і визначаютьспрацьовування переходу t j або існує хоча б один інший перехід t i такий, щовершини p .... i1 pikздобувають розмітку одночасно в результаті спрацюванняцього переходу t i .1.2. розмітка M i , що визначає сценарій Si, який збігається з векторомстовпцемматриці F, що відповідає переходу t j , pi PMi( pi) F( pi,tj). Причомуможливо існування іншого, відмінного від t j , переходу t kpiPF( pi, tk) F( pi, tj), (8)де t k.Це означає, що обмежена TS-мережа в процесі функціонування переходитьвід стану до стану в результаті послідовного спрацьовування ланцюжкапереходів. Зміна станів системи спричиняє зміну сценаріїв: всі фішки, щопозначили вершини сценарію Si в результаті спрацьовування переходу t iперейдуть до вершин сценарію Sj в результаті спрацьовування дозволеного врамках сценарію Si переходу.Множина переходів в обмеженій TS-мережі Петрі є множина, динамічносформована в процесі конструювання або в процесі формування структуримережі.Розглянутий апарат обмежених TS-мереж Петрі дозволяє побудуватиалгебру для адекватного логічного моделювання динамічних недетермінованихструктур і процесів. У даному дослідженні обґрунтовано виділення класу мереж,що володіють деякими спеціальними властивостями, істотними для класурозглянутих завдань. Ці властивості дозволяють визначити набір операцій дляконструювання коректних мереж з під мереж для реалізації сценаріїв керування.На основі вище розглянутого реалізуємо А-сценарій керування ДА (рис.3).ISSN 2079.3944. Вісник НТУ “ХПІ». 2012. №44(950)34

Рис. 3. Узагальнений А0 – сценарій проходження процесів екстракціїПри функціонуванні системи керування можливе виникнення кількохконфліктних ситуацій, при цьому необхідно встановити оптимальнупослідовність їх вирішення (план вирішення).Тому в базу знань введений інтегрований планувальник, що здійснюєранжування ситуацій в порядку зменшення їх важливості та терміновості.Дифузійний апарат просторово обмежений об’єкт, виконуючий конкретнусукупність технологічних операцій, з визначеними ресурсами на вході ірезультатами роботи на виході.Кожну технологічну операцію виконує окрема конструкція, представленадекількома елементами та оптимізуючими функціоналами. При формуваннісценарію враховується, що кожна технологічна операція потребує керування.Сукупність таких операцій утворює функцію, а сукупність функцій – задачукерування. Таким чином задача керування технологічним процесом екстракціїцукру складається із задач узгодженого вибору керуючих дій в залежності відвиробничої ситуації та прямих показників цільових функцій керування ДА.ВисновкиНа основі проведеного аналізу експертної та експериментальної інформації,із врахуванням атрактивної та ситуаційної поведінки об’єкта управління,розроблені сценарії управління дифузійним відділенням цукрового заводу.Виявлені особливості невизначеностей, що проявляються в процесіфункціонування об’єкта управління та сформульовані задачі оперативноготехнологічного моніторингу для ефективної реалізації стратегій управління.Список літератури: 1. Большаков А. А. Задачи интеллектуализации управления ворганизационно-технических системах / А. А. Большаков // Математические методы в техникеи технологиях: Сб. трудов 17 Международ, науч. конф. Кострома: КГТУ, 2004. - Т. 6. - С. 76-78. 2. Кульба В. В. Методы формирования сценариев развития социально-экономическихсистем/ В. В. Кульба, Д. А. Кононов, С.А. Косяченко, А. Н. Шубин;-М.:Синтег, 2004.-296с. 3.Юдицкий С.А. Сценарный подход к моделированию поведения бизнес- систем. – М.: СИНТЕГ,2001. – 112 с. 4. Трахтенгерц Э. А., Шершаков В. М., Камаев Д. А. Компьютерная поддержкаISSN 2079.3944. Вісник НТУ “ХПІ». 2012. №44(950)35

управления ликвидацией последствий радиационного воздействия / РАН, Институт проблемуправления им. В.А.Трапезникова, Научно-производственное объединение "ТАЙФУН". — М.:ООО "НПО СИНТЕГ", 2004. — 456 c. 5. Малинецкий Г., Потапов А. Джокеры, русла илипоиски третьей парадигмы // Знание – сила №3, 1998. - Режим доступу: http://www.zsila.ru. –Заголовок з екрану. 6. Зігунов О. М., Кишенько В. Д. Аналітичні задачі підсистемитехнологічного моніторингу дифузійного відділення цукрового заводу // Цукор України, 2012.-№6-7(78-79) - С 32-37. 7. Кишенько В. Д. Задачі технологічного моніторингу в системахкерування виробничими процесами технологічних комплексів // Автоматизація виробничихпроцесів, 2006.- №2(23) - С 48-52. 8. Липницкий С. Ф. Моделирование интеллектуальныхпроцессов в инженерных информационных системах / АН Беларуси, Институт техническойкибернетики / Под ред. Ю. М. Шамаева/ С. Ф.Липницкий, Н. А.Ярмош; — Минск.: Беларускаянавука, 1996. — 221 c. 9. Питерсон Дж. Теория сетей Петри и моделирование систем / Пер. сангл.- М.: Мир, 1984. – 264 с.УДК 681.518.3Технологический мониторинг при сценарном управлении производственнымипроцессами / Зигунов А. М., Кишенько В. Д. // Вестник НТУ «ХПИ». Серия «Новые решенияв современных технологиях». – Харьков: НТУ «ХПИ». – 2012. - № 44(950).С. 25 – 36.В статье сформулирована задача управления процессом экстракции сахара с точки зрениясценариев оптимизации показателей качества, затрат и производительности. Рассмотреноприменение эффективных программных и аппаратных средств автоматизации, а такжевнедрением подсистем технологического мониторинга, предназначенных для выборки изисходной технологической информации необходимого объема для решения соответствующейзадачи. Реализовано А-сценарий управления диффузионным аппаратом. Из.: 3. Библиогр.: 9назв.Ключевые слова: технологический мониторинг, сценарный подход, сеть ПетриUDK 681.518.3Technological monitoring at scenario control of production processes / Zigunov O. M.,Kishenko V. D. / Bulletin of NTU “KhPI”. Subject issue: New desicions of modern technologies. –Kharkov: NTU “KhPI”. – 2012. - № P.44(950). 25 – 36.In the article problem of managing the process of extracting sugar from the view scriptoptimization of quality, cost and performance. Application of effective software and hardwareautomation, and monitoring the implementation of technological subsystems that are designed tosample from the original technological information required volume for the solution of the problem.Implemented A-control script diffusers. Im.: 3: Bibliogr.: 9Keywords: technological monitoring, scenario approach, Petri netНадійшла до редакції 30.06.2012УДК 656.135.073І. Е. ЛИННИК , канд.техн.наук, доц., ХНАМГ, ХарківМОДЕЛЬ ЕВОЛЮЦІЇ СИСТЕМИ «ВТМС» У РОЗІМКНУТОМУСТАНІРозглянуто модель еволюції системи «водій – транспортний засіб – транспортна мережа –середовище» у розімкнутому стані. Визначені тривалості інтервалів здобуття і вилучення зіструктури системи різних компонентів і час детермінованого стану. Из.:0,Библиогр.: 8 назв.Ключові слова: еволюція, розімкнутий стан, детермінований стан.© І. Е. ЛИННИК, 2012ISSN 2079.3944. Вісник НТУ “ХПІ». 2012. №44(950)36

ВступДля моделювання еволюції системи «водій – транспортний засіб –транспортна мережа – середовище» (ВТМС), що знаходиться у розімкнутому ворганізаційному відношенні стані можливо застосовувати метод еволюційноймовірнісногомоделювання Гаврилова, розвинутий І. В. Мусієнко [1 – 4].Еволюція системи «водій – транспортний засіб – транспортнамережа – середовище» у розімкнутому станіРозмикання системи ВТМС розширює її елементний склад за рахунокпідключення до неї нової частини середовища, призначеної для асиміляції. ТомуVв V .сVS Vнс Vс (1)де Vнс- швидкість зміни стану нової частини середовища.Отже, розімкнутий стан системи ВТМС еквівалентний замкнутому станусистеми «ВТМС – нова частина середовища» (для скорочення приймемо «новесередовище»). Через те, що система ВТМС ототожнюється з водієм, тоді якеквівалентну можна розглядати систему «водій – нове середовище».Умову адекватності між водієм і новим середовищем можна представити увиглядіdHпнсdHпсdHпS dHпвdHпс ,(2)dt dt dt dt dtде Hпв, Hпнс, Hпс, HпS- поточні значення ентропії водія, нового середовища,середовища і системи ВТМС в цілому відповідно.Із «новим середовищем» взаємодіє підсистема «водій». Враховуючи умову(2), можна класифікувати дану взаємодію як слабку ймовірнісну взаємодію [5]. Урезультаті такої взаємодії між водієм і новим середовищем установлюєтьсяадекватність за рівнем відносної організаціїRв Rнс,(3)де R – відносна організація.Під відносною організацією розуміють уведене К. Шеноном поняттянадмірності, яке Г. Ферстер [6] запропонував оцінювати якRHп1 ,H (4)де Hп, Hm- поточна і максимальна ентропії системи відповідно.Стимулом для пошуку підсистемою «водій» деякої безлічі законів розподілу,які характеризуються значенням рівня організації, адекватного новомусередовищу, є неузгодженість за відносною організацією HпнсH пвmR Rнс kRRв (1 kR) kR,(5)HmнсHmвде kR- коефіцієнт пропорційності; mR- неузгодженість за відносноюорганізацією.З (5) виходить, що адекватність за відносною організацією між підсистемою«водій» і новим середовищем для слабкої імовірнісної взаємодії встановлюєтьсятільки тоді, колиmISSN 2079.3944. Вісник НТУ “ХПІ». 2012. №44(950)37

0Hпв(3 Vв Vс)tзRв1 ,(15)0Hmв2( Vв Vс)tзнового середовища:0Hпнс(3 Vв Vс)tзRнс1 .(16)0Hmнс2( Vв Vс)tзЗгідно (6) у момент установлення адекватності між підсистемою «водій» іновим середовищем Qв 0, Qнс 0 , Rв 0 , Rнс 0 . Тому інтервали часувстановлення адекватності для підсистеми «водій» і нового середовищавизначаються рівняннями:0в Qвtз ,VвVс(17)0нс Qнсtз ,VвVсвнсде tз- час установлення адекватності для підсистеми «водій»; tз- часустановлення адекватності для нового середовища.Підстановка (17) в (13) дає* 0 0VвVсHmв Hmв 2 Qв.(18)Vв Vс0Розділивши (18) на Hmв, отримаємо коефіцієнт приросту максимальноїентропії підсистеми «водій»:0Qв Vв VсK1 12 .(19)0Hmв Vв VсАналогічні перетворення дозволяють одержати коефіцієнт прироступоточної ентропії:0Qв 3Vв VсK2 1 .(20)0Hmв Vв VсДля того, щоб користуватися лінеаризованими рівняннями, необхіднонакласти обмеження на швидкості зміни стану частин системи «водій – новесередовище».При встановленні динамічної рівноваги, також як і у випадку замкнутогостану системи, установлюється оптимальне співвідношення між поточноюентропією та абсолютною організацією системи:G G opt.(21)Через те, що в розімкнутому стані поточна ентропія підсистеми «водій»збільшується за рахунок руйнування детермінованих зв'язків, а абсолютнаорганізація зменшується, тоді коефіцієнт стохастичності змінюється від 0 до Gopt.Зростання випадкових зв'язків при G Goptсвідчить про прогресивність процесу.Як тільки коефіцієнт стохастичності системи стає більше Gopt, прогресивним стаєпроцес збільшення детермінованих зв'язків, тобто процес накопиченняінформації. Це призводить до замикання системи. Замикання системи свідчитьпро перехід її на більш високий структурний рівень.Момент замикання системи може бути визначений із співвідношенняISSN 2079.3944. Вісник НТУ “ХПІ». 2012. №44(950)39

ТомуGopttH H (3 V V ) tQ Q V V tk0пв пв в с k0пв пв( вс)k.(22)0 0GoptQпв Hпв .(23)4VІнтервал t kвизначає інтервали розімкнутого стану першого циклу еволюції(час формування детермінізму в системі).В інтервалах розімкнутого стану другого циклу еволюції (час руйнуваннядетермінізму в системі) змінюється співвідношення між швидкостями здобуття івилучення ентропії. Тому0Qв Qв ( Vв Vс) tз,0Qнс Qнс ( Vс Vв ) tз,(24)0Hmв Hmв 4 Vвtз,0Hmнс Hmнс 4 Vвtз.Тривалість інтервалів другого циклу дорівнює тривалості інтервалів першогоциклу еволюції.ВисновкиЗапропонований підхід до моделювання еволюції ергономічної системи«водій – транспортний засіб – транспортна мережа – середовище» (ВТМС)дозволяє прогнозувати стан компонентів системи не тільки для першого циклуеволюції (на етапах формування детермінізму), що було розглянуто у роботах Е.В. Гаврилова, Н. В. Ярещенко, І.В. Мусієнко та інших авторів. але і на другомуциклі (на етапах руйнування детермінізму, декомпозиції відносин у системі). Цейпідхід відрізняється від відомих раніше тим, він дозволяє прогнозувати стан нетільки окремих компонентів, але і всієї системи в цілому.вСписок литератури: 1. Прогнозирование расчетных характеристик для проектирования иэксплуатации автомобильных дорог / [Григоров М. А., Гаврилов Э. В., Григорова Т. М., Доля В.К.]. – Херсон: Надднепряночка, 2006. – 192 с. 2. Гаврилов Э. В. Долгосрочное прогнозированиерасчетных характеристик на автомобильном транспорте / Э. В. Гаврилов, Н. В. Ярещенко, И. В.Мусиенко // Вестник ХГАДТУ. – 2000. – Вып.12 – 13. – С. 23 – 30. 3. Гаврилов Э. В. Модельэволюции системы «человек-автомобиль-среда» / Э. В. Гаврилов, Н. В. Дацко // ВестникХГАДТУ. – 1995. – Вып.1. – С. 27 – 30. 4. Мусиенко И. В. Долгосрочное прогнозированиерасчетных нагрузок на автомобильных дорогах: дис. … канд. техн. наук : 05.22.11 / И. В.Мусиенко. – Х., 2004. – 155 с. 5. Атомонов Ю. Г. Принципы нейродинамики / Антомонов Ю.Г. – К. : Наукова думка, 1974. – 200 с. 6. Ферстер Г. О. О самоорганизующихся системах и ихокружении / Г. О. Ферстер // Самоорганизующиеся системы. - М. : Мир, 1964. 7. Теориямоделей в процессах управления / [Б. Н. Петров Б. Н., Г. М. Уланов Г. М., И. И. ГольденблатИ. И., С. В. Ульянов С. В.]. – М. : Наука, 1978. – 242 с. 8. Коган А. В. Биологическаякибернетика / А. В. Коган. – М. : Высшая школа, 1972. – 382 с.УДК 656.135.073Модель эволюции системы «ВТСС» в разомкнутом состоянии / Линник И. Э.//Вестник НТУ «ХПИ». Серия «Новые решення в современных технолоиіях». – Харьков: НТУ«ХПИ». – 2012. – № 44(950) . С. 36 - 41ISSN 2079.3944. Вісник НТУ “ХПІ». 2012. №44(950)40

Рассмотрена модель эволюции системы «водитель – транспортное средство –транспортная сеть – среда» в разомкнутом состоянии. Определены продолжительностиинтервалов приобретения и удаления из структуры системы различных компонентов и времядетерминированного состояния. Библиогр.: 8 назв.Ключевые слова: эволюция, разомкнутое состояние, детерминированное состояние.UDK 656.135.073Model of evolution system «DVNE» in the opened condition/ Lynnyk І. E.// Bulletin of NTU“KhPI”. Subject issue: New desicions of modern technologies. – Kharkov: NTU “KhPI”. – 2012. -№44(950). P. 36 – 41.The model of evolution system «the driver – е vehicle– a transport network – environment» inthe opened condition. Durations intervals of acquisition and removal from structure of system variouscomponents and time of the determined condition. . Bibliogr.: 8Keywords: the evolution, the opened condition, the determined condition.Надійшла до редакції 30.07.2012УДК 656.13:625.7Л. С. АБРАМОВА, канд. техн. наук, доц., ХНАДУ, Харьков;Г. Г. ПТИЦА, ассис, ХНАДУ, ХарьковМЕТОД КЛАССИФИКАЦИИ ЧАСТНЫХ КОЭФФИЦИЕНТОВАВАРИЙНОСТИ ДЛЯ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ РАЗЛИЧНЫХТЕХНИЧЕСКИХ КАТЕГОРИЙПредложен метод классификации частных коэффициентов аварийности для оценки уровнябезопасности дорожного движения. Обосновано применение методов многомерногостатистического анализа при объединении частных коэффициентов аварийности пооднородности признаков. Получены устойчивые классы частных коэффициентов аварийностипо техническим категориям дорог для оценки влияния условий движения на уровеньбезопасности дорожного движения. Из.: 3. Библиогр.: 12 назв.Ключевые слова: итоговый коэффициент аварийности, частные коэффициентыаварийности, кластерный анализ, технические категории автомобильных дорогВведениеРежим и безопасность движения автомобилей в значительной степенизависят от совокупности параметров, которые осуществляют позитивное илинегативное влияние на дорожное движение. Для оценки условий движения, проф.В.Ф. Бабковым был предложен метод построения графиков итоговыхкоэффициентов аварийности [1]. Этот метод нашел широкое практическоеприменение для оценки влияния условий движения (УД) на безопасностьдорожного движения (БДД), определения наиболее опасных участков исравнения вариантов схем организации дорожного движения.Значение частных коэффициентов аварийности К 1 -К 18 , входящих вопределение итогового коэффициента аварийности, зависят от различныхпараметров условий движения и выбираются в Украине по М218-03450778-652:2008 [2]. Автор метода «итогового коэффициента аварийности», профессорВ.Ф. Бабков, ранее указывал, что было бы ошибочным считать разработку методазавершенной. Установленный перечень частных коэффициентов аварийности не© Л.С. АБРАМОВА, Г.Г. ПТИЦА, 2012ISSN 2079.3944. Вісник НТУ “ХПІ». 2012. №44(950)41

является исчерпывающим, а их значения окончательными. Дорожныеорганизации, которые проводят учет и анализ ДТП, могут устанавливатьдополнительные коэффициенты, которые учитывают местные условия движения.Все это обуславливает достоинства и, в то же время, ограничения в примененииданного метода, а именно:- количество и разнообразие параметров условий движения требуютбольших временных и физических затрат на их определение;- каждая дорожная организация, каждый инженер могут свободно трактоватьразличные условия движения по своему при определении значения частныхкоэффициентов аварийности, поскольку в методике В.Ф. Бабкова даются лишьнекоторые промежуточные значения диапазона изменения параметров дорожныхусловий.Выявленные особенности применения существующего метода позволилисформулировать цель данного исследования, которая состоит в формированиигрупп частных коэффициентов аварийности по однородным признакам, чтовлияет на определение итогового коэффициента аварийности.Подобные цели в своих исследованиях ставили как ученые ближнего идальнего зарубежья [3,4], так и отечественные ученые [5]. В работе [3] авторыопределили значения частных коэффициентов аварийности для современныхтранспортно-эксплуатационных качеств дорожной сети и состояниятранспортных потоков, при этом количество частных коэффициентоваварийности не изменяли. В работе [4] авторы провели упорядочиваниепараметров инфраструктуры дороги двумя методами многомерногостатистического анализа для расчета «Коэффициента инфраструктуры», которыйявляется аналогом итогового коэффициента аварийности в нашей стране. Вработе [5] обоснована возможность объединения параметров условий движенияметодами кластерного анализа для определения итогового коэффициентааварийности, но результаты работы [5] были получены в основном на основанииметода экспертных оценок, что есть выражением субъективных взглядов наисследуемые параметры отдельно взятых людей.Таким образом проблема усовершенствования определения итоговогокоэффициента аварийности, как основного показателя безопасности дорожногодвижения, актуальна.Постановка задачи исследованияКаждый из частных показателей оценки безопасности движения наавтомобильных дорогах связан с определенными параметрами транспортныхпотоков и транспортной сети (интенсивность, ширина обочин и проезжей части,продольный профиль дороги, радиус кривых в плане). Их можно рассматриватькак отдельные элементы, обладающие своими классификационными признаками,его определяющими, т.е. можно сформировать отдельные группы показателейбезопасности.Для подобной процедуры применяют методы многомерного статистическогоанализа: кластерный и дискриминантный анализ [6].В области дорожного движения применение кластерного анализа известныработы Кочерги В.Г. с целью построения классификации различных типовISSN 2079.3944. Вісник НТУ “ХПІ». 2012. №44(950)42

распределения скоростей при оценке и прогнозировании параметров дорожногодвижения [7], Корчагина В.А. и Кадасева Д.А. для классификации регулируемыхперекрестков [8], Гюлева Н.У. для исследований влияния транспортного заторана состояние водителей [9].Для классификации исследуемых параметров, частных коэффициентоваварийности (Х 1 , Х 2 , …, Х n ), каждый из которых описывается наборомклассификационных признаков Х i ={x i1 , x i2 , …, x im }, i=1,n , необходимо провестиразбиение на отдельные классы с учетом всех группировочных признаководновременно [10]. При этом, на начальном этапе не указываются четкиеграницы класса и не известно, сколько же классов целесообразно выделить висследуемой совокупности. Следовательно, необходимо выявить образованиеодинаковых по классификационным признакам классов частных коэффициентоваварийности.Основная частьДля проведения кластеризации методами многомерного статистическогокластерного анализа, необходимо определить признаки частных коэффициентоваварийности. Выбор признаков в кластерном анализе является одним из наиболееважных этапов в исследовательском процессе, но, к сожалению, одним изнаименее разработанных. Основная проблема состоит в том, чтобы найти такуюсовокупность признаков, которая наилучшим образом отобразит сходство. Видеальном случае, признаки должны выбираться в соответствии с ясносформулированной теорией, которая лежит в основе классификации.В качестве целевой функции кластеризации выбрана степень влияниячастных коэффициентов аварийности на уровень безопасности дорожногодвижения. Тогда набором классификационных признаков частныхкоэффициентов аварийности будет: минимальная степень влияния на уровеньБДД (x 1 ), максимальная степень влияния на БДД (x 2 ), арифметическое среднеедиапазона изменения частного коэффициента аварийности (x 3 ).Для проведения процедуры кластеризации частных коэффициентоваварийности введены следующие условные обозначения:X 1 , X 2 , …, X n – совокупность частных коэффициентов аварийности.X i = {x i1 , x i2 , …, x im } – i-й частный коэффициент аварийности с егоклассификационными признаками (i=1,n);m – количество классификационных признаков частных коэффициентоваварийности;n – количество частных коэффициентов аварийности, принимающих участиев классификации;D – матрица расстояний между элементами совокупности.Перед проведением кластеризации была выявлена необходимость ввыявлении классификации частных коэффициентов аварийности с учетомособенностей значений параметров УД для различных технических категорийавтомобильных дорог. При оценке параметров условий движения наавтомобильных дорогах согласно ДБН – В.2.3-4:2007 «Сооружения транспорта.Автомобильные дороги» [11] по методике проф. В.Ф. Бабкова был произведенISSN 2079.3944. Вісник НТУ “ХПІ». 2012. №44(950)43

выбор частных коэффициентов аварийности, влияющих на итоговыйкоэффициент аварийности для каждой категории дорог в отдельности (табл. 1).Таблица 1- Значения исходных данных проведения кластеризации частныхкоэффициентов аварийности по категориям дорог для Iа категории дорогиПоказатель совокупностиОбозначение Условное Классификационныйпо методике обозначениеx 1 x 2 x 3признакБабкова В.Ф.1 2 3 4 5 6интенсивность начетырёхполосной дороге и болееК 1 X4 1 3,4 2,2ширина проезжей части приК 2 X5 0,5 0,5 0,5укрепленных обочинахпродольный уклон К 4 X9 1 1,25 1,125радиус кривых в плане К 5 X10 1 1,25 1,125видимость в плане К 6 X11 1 2 1,5ширина проезжей части мостов вотношении к ширине проезжейчастиК 7 X13 1 6 3,5длина прямых участков К 8 X14 1 2 1,5тип пересечения К 9 X15 0,35 0,35 0,35количество основных полос напроезжей части для прямыхнаправлений движенияК 12 X18 0,65 0,65 0,65коэффициент сцепления К 16 X22 0,75 2,5 1,625ширина разделительной полосы К 17 X23 0,4 1 0,7расстояние от кромки проезжейчасти до обрыва с ограждениемК 18 X25 1 2,2 1,6Аналогичным образом были сформированы исходные данные кластеризациичастных коэффициентов аварийности для автомобильных дорог всех техническихкатегорий.Перед началом кластеризации все признаки были подвергнуты процедуренормирования (табл. 2):xij xjcij , (1)xijгде cij- значение признака кластеризации после нормировки;xij- значение j-го признака кластеризации i-го частого коэффициентааварийности;xj- среднее значение j-го признака кластеризации по всем частнымкоэффициентам аварийности;x ij- среднеквадратическое отклонение значение j-го признакакластеризации i-го частого коэффициента аварийности.ISSN 2079.3944. Вісник НТУ “ХПІ». 2012. №44(950)44

Таблица 2- Результаты нормировки значений исходных данных для Iакатегории дорогиУсловноеКлассификационный признакобозначениеx 1 x 2 x 31 2 3 4X4 0,74636518 0,939688012 0,963965602X5 -1,15924804 -0,907834181 -0,997620261X9 0,74636518 -0,430026717 -0,276448988X10 0,74636518 -0,430026717 -0,276448988X11 0,74636518 0,0477807464 0,156253776X13 0,74636518 2,59608722 2,46400185X14 0,74636518 0,0477807464 0,156253776X15 -1,73093201 -1,00339567 -1,17070137X18 -0,587564077 -0,812272688 -0,824539156X22 -0,206441433 0,366319055 0,30048803X23 -1,54037069 -0,589295872 -0,766845454X25 0,74636518 0,17519607 0,27164118Исходные данные кластеризации частных коэффициентов аварийности дляразличных категорий дорог нормировались аналогично.Полученные в результате нормировки переменные имеют нулевое среднеезначение и единичную дисперсию, что уменьшает различие между классами потем классификационным признакам, по которым наилучшим образомобнаруживались групповые различия.Сходство или различие междуклассифицируемымипоказателямиустанавливается на основании метрической мерысходства, которая определяется расстояниямимежду ними. Проблема измерения близостичастных коэффициентов аварийности возникаетпри любых трактовках кластеров и различныхметодах классификации. Если каждый объектописывается xmпризнаками, то он может бытьописан точкой в m -мерном пространстве, исходство с другими объектами будет представленокак соответствующее расстояние (рис. 1).Рис. 1. Расстояния междуРасстоянием (метрикой) между частными частными коэффициентамикоэффициентами аварийности в пространстве аварийности в пространственазывается такая величина dab, которая удовлетворяет аксиомам:1) dab0, dab 0 ;2) dab dba, симметрия;3) dab dbc dac, неравенство треугольника.Выбор меры расстояния для признаков классификации – очень важный этапклассификации частных коэффициентов аварийности, так как от этого выборазависит состав и количество получаемых классов, а так же степень сходстваISSN 2079.3944. Вісник НТУ “ХПІ». 2012. №44(950)45

внутри кластеров. В качестве меры сходства выбрано евклидово расстояние, какмера точного отображения геометрического положения частных коэффициентоваварийности.После выбора меры сходства был произведен анализ возможностиприменения методов кластеризации и последовательность действий дляклассификации частных коэффициентов аварийности. Все методы кластерногоанализа можно разбить на два основных типа:- иерархический. Последовательное объединение меньших кластеров вбольшие или разделение больших на меньшие;- не иерархический. Итеративный метод k-средних эталонного типа.Эти методы позволяют решать следующие задачи:- проведение многомерной классификации частных коэффициентоваварийности с учетом их классификационных признаков;- проверку предположения о наличии структуры в изучаемой совокупностикоэффициентов аварийности, т.е. поиск существующей структуры.Методы иерархического кластерного анализа различаются не толькоиспользуемыми мерами сходства, но и алгоритмами классификации. Наибольшеераспространение получили: метод одиночной связи, полной связи, методпопарного среднего (взвешенного, не взвешенного), метод Варда. Для анализавозможности применения методов иерархического агломеративного кластерногоанализа были проанализированы четыре наиболее распространенных в теорииклассификации метода. Для проведения кластеризации иерархическимиагломеративными методами совокупности частных коэффициентов аварийностиприменимы все четыре метода. Но использование различных алгоритмовобъединения приводит к различным классовым структурам и сильно влияет накачество проведения кластеризации. В результате анализа был выбран методВарда, поскольку элементы совокупности (частные коэффициенты аварийности)по признакам классификации являютсяблизко расположенными объектами, аданный метод позволяет формироватьотдельные друг от друга шаровидныекластеры, которые снижаютвероятность появления спорныхобъектов. Так же метод Варда приводитк получению однородных кластеровблизко расположенных объектов(частных коэффициентов аварийности)с наименьшим внутриклассовымсреднеквадратическим отклонением(рис.2).Так же были построеныдендограммы кластеризации частныхРис. 2. Дендограмма классификациичастных коэффициентов аварийностипо категориям дорог для Iа категориидороги методом Вардакоэффициентов аварийности по автомобильным дорогам различных техническихкатегорий.ISSN 2079.3944. Вісник НТУ “ХПІ». 2012. №44(950)46

Для анализа корректности иерархической классификации был примененметод k -средних, который относится к итеративным методам эталонного типа.Сущность этого метода заключается в том, что процесс классификацииначинается с задания некоторых начальных условий (количество образуемыхкластеров, порог завершения процесса классификации и т.д.).Существует две модификации метода k -средних.1) первая предполагает пересчет центра тяжести кластера после каждогоизменения его состава;2) вторая предполагает пересчет центра тяжести кластера лишь после того,как будет завершен просмотр всех данных.В обоих случаях итеративный алгоритм этого метода минимизируетдисперсию внутри каждого кластера. Для дальнейших исследований выбранапервая его модификация, на основании которой получаем меньшее значениесреднеквадратического внутриклассового отклонения и большую плотностьточек X i в кластере.Оценку проведения кластеризации производили с помощью определенияфункционалов качества. Наилучшим по выбранному функционалу следуетсчитать такое разбиение, при котором достигается экстремум (min или max)значения целевой функции. В большинстве случаев алгоритмы кластеризации икритерии качества связаны между собой, т.е. определенный алгоритмобеспечивает получение экстремума значения соответствующего функционалакачества. Известные функционалы качества были проанализированы дляприменения при оценке качества классификации частных коэффициентоваварийности [12].1. Сумма квадратов расстояний до центров кластеров.p2F1d xixkk1iS ( , ) , (2)lгде k - номер кластера ( k =1, 2, …, p );xk- центр l - го кластера;xi- вектор значений переменных для i -го элемента совокупности (K i ),входящего в l - й кластер;d( xi, xk)- расстояние между i -м элементом совокупности (K i ) и центром l -го кластера.При применении этого критерия необходимо получить такое разбиениесовокупности элементов (K i ) на k -кластеров, при котором значение F1стремитсяк минимуму.2. Сумма внутри кластерных расстояний между элементами совокупности(K i ).Fp22 dij. (3)kjSВ этом случае наилучшим принимается такое разбиение, при которомдостигается минимальное значение F2, т.е. получены кластеры большейплотности.1 lISSN 2079.3944. Вісник НТУ “ХПІ». 2012. №44(950)47

3. Суммарная внутри кластерная дисперсия.2где ij- дисперсия j -й переменной в k -мкластере.В этом случае необходимо стремиться кминимизации суммы внутриклассовыхдисперсий.Также можно применять для оценки качестваразбиения некоторые простейшие примеры:- сравнение средних значений признаков вотдельных кластерах со средними значениями вцелом по всей совокупности. Если отличиегрупповых средних от общего среднегосущественное, то это может являться признакомхорошего разбиения.- по типу образования кластеров. Если средиполученных кластеров основная масса кластеровтипа сгущение или «сильных» классов, то лучшекачество разбиение.Таким образом кластеризация проведена поалгоритму, приведенному на рис.3.Полученные значения частныхкоэффициентов аварийности по категориям дорогбыли классифицированы методами кластерногоанализа (рис.2).Кластеризацию проводили с помощьюпрограммного продукта, для обработкистатистических данных методамистатистического анализа, STATISTICA-7. Дляанализа корректности результатов кластеризациииерархическими методами был примененитеративный метод k-средних эталонного типа.Так как результаты кластеризации методом ВардаFp r23 ij , (4)k1 j1Рис. 3. Алгоритмкластеризации частныхкоэффициентов аварийностине дает точного определения количествакластеров,то кластеризация частных коэффициентов аварийности по категориямдорог методом k-средних был проведен для различного возможного количествакластеров. Возможное количество кластеров определялось на основаниидендограммы, полученной методом Варда (диапазоны изменения количествакластеров от 2 до 6). Рассматривать меньшее или большее возможное количествакластеров нет необходимости, поскольку при рассмотрении большего илименьшего количества кластеров происходит потеря наглядности классификации.По результатам проведенной кластеризации рассчитаны критерии качестваразбиения для различного количества кластеров (табл. 3). В качестве критериевISSN 2079.3944. Вісник НТУ “ХПІ». 2012. №44(950)48

качества разбиения на кластеры были проанализированы:- внутригрупповая дисперсия;- межгрупповая дисперсия;- F-статистика;- расстояния между средними по кластерам;- сумма расстояний от элементов кластера до его центра.Соотношение внутригрупповой и межгрупповой дисперсии показываюткачество разбиения. Если разница между этими дисперсиями существенная, торазбиение на кластеры качественное. По полученным результатам видно, чтотолько разбиение на два кластера для всех категорий дорог не удовлетворяеткритерию качества внутригрупповой и межгрупповой дисперсии.F-статистика, основываясь на дисперсионном анализе, дает возможностьопределять признаки не влияющие на результат разбиения. При этом следуетстремиться к получению наибольших значений F и наименьших значений p. Приp>0,05 признак не принимает участия в разбиении, а следовательно результатыкластеризации при таких значениях p следует считать не корректными. Значенияp>0,05 наблюдаются при разбиении на два кластера.Сумма расстояний от элементов кластера до его центра является одним изосновных критериев качества разбиения. Значение данного критерия должностремиться к минимуму. Полученные результаты показывают, что при ростеколичества кластеров сумма расстояний от элементов кластера до его центрауменьшается, а следовательно полностью опираться на данный критерийневозможно, поскольку минимизация суммы расстояний от элементов кластерадо его центра приведет к разрушению кластерной структуры.Таблица 3- Результаты расчетов критериев качества разбиения на кластерычастных коэффициентов аварийности по категориям дорог для Iа категориидорогиk-кластеров2345ПризнакВнутригрупповаядисперсияМежгрупповаядисперсияF-статистикаx1 1,556947 9,443053 60,65110 0,000015x2 6,884512 4,115488 5,97789 0,034554x3 5,699228 5,300772 9,30086 0,012257x1 1,540735 9,459265 27,62752 0,000144x2 1,443291 9,556709 29,79663 0,000107x3 1,155011 9,844989 38,35673 0,000039x1 0,947613 10,05239 28,28831 0,000131x2 1,442953 9,55705 17,66201 0,000689x3 1,137259 9,86274 23,12635 0,000269x1 0,895736 10,10426 19,74071 0,000649x2 0,649252 10,35075 27,89951 0,000214Fpрасстояниямеждусреднимизначениямипризнаков покластерамсуммарасстоянийот элементовкластера доего центра1,511327567 5,725048361,962024311 3,29735461,689317733 2,855558941,456414547 2,139987ISSN 2079.3944. Вісник НТУ “ХПІ». 2012. №44(950)49

6x3 0,540780 10,45922 33,84673 0,000114x1 0,798900 10,20110 15,32273 0,002312x2 0,605960 10,39404 20,58362 0,001030x3 0,485305 10,51470 25,99940 0,000536Продолжение таблицы 31,422103816 1,8689551Расчет функционалов качества кластеризации для автомобильных дорогразличной технической категории проводились аналогично.В результате анализа основным показателем качества разбиения быловыбрано расстояние между средними по кластерам. Наилучшим разбиениемсчитается совокупность кластеров у которых расстояния между среднимизначениями признаков по кластерам наибольшее, т.е. геометрическое положениецентров кластеров в пространстве максимально.Полученные результаты наилучшего разбиения имеют вид:- для категории дороги Iа – 3 кластера;- для категории дороги Iб – 5 кластера;- для категории дороги II – 3 кластера;- для категории дороги III – 4 кластера;- для категории дороги IV – 4 кластера;- для категории дороги V – 4 кластера;Состав кластеров, согласно критериям качества, по категориям дорогприведен в таблицах 4 – 9.Таблица 4- Результаты кластеризации методом k-средних по категориямдорог для Iа категории дорогиКластерСодержание кластераширина проезжей части мостов в отношении к ширине проезжей1частиинтенсивность движения на четырёхполосной дороге и болеепродольный уклонрадиус кривых в плане2видимость в планедлина прямых участковкоэффициент сцеплениярасстояние от кромки проезжей части до обрыва с ограждениемширина проезжей части при укрепленных обочинахтип пересечения3 количество основных полос на проезжей части для прямыхнаправлений движенияширина разделительной полосыISSN 2079.3944. Вісник НТУ “ХПІ». 2012. №44(950)50

Таблица 5- Результаты кластеризации методом k-средних по категориямдорог для Iб категории дорогиКластерСодержание кластерапересечение в одном уровне при интенсивности движения по1главной дороге2 расстояние проезжей части от застройкиширина проезжей части мостов в отношении к ширине проезжейчасти3тип пересечениявидимость пересечения в одном уровне с второстепенной дорогиинтенсивность движения на четырехполосной дороге и болеепродольный уклонрадиус кривих в планевидимость в плане4длина прямых участковдлинна населенного пунктадлинна участков на подходе к населеному пунктукоэффициент сцеплениярасстояние от кромки проезжей части до обрыва с ограждениемширина проезжей части при укрепленных обочинахколичество основных полос на проезжей части для прямых5направлений движенияширина разделительной полосыТаблица 6- Результаты кластеризации методом k-средних по категориямдорог для II категории дорогиКластерСодержание кластераинтенсивность движения на двухполосной дорогеинтенсивность движения на трехполосной дорогеинтенсивность движения на трехполосной дороге при разметкеосевойширина проезжей части при укрепленных обочинахширина обочины на двухполосной дорогеширина обочины на треолосной дорогепродольный уклонрадиус кривых в плане1видимость в планедлина прямых участковтип пересеченияколичество основных полос на проезжей части для прямыхнаправлений движениядлинна населенного пунктадлинна участков на подходе к населенному пунктукоэффициент сцеплениярасстояние от кромки проезжей части до обрыва с ограждениемISSN 2079.3944. Вісник НТУ “ХПІ». 2012. №44(950)51

23Продолжение таблицы 6пересечение в одном уровне при интенсивности движения поглавной дорогеширина проезжей части мостов в отношении к ширине проезжейчастивидимость пересечения в одном уровне с второстепенной дорогирасстояние проезжей части от застройкиТаблица 7 - Результаты кластеризации методом k-средних по категориямдорог для III категории дорогиКластерСодержание кластераширина проезжей части мостов в отношении к ширине проезжейчасти1тип пересечениявидимость пересечения в одном уровне с второстепенной дорогиинтенсивность движения на двухполосной дорогеинтенсивность движения на трехполосной дорогеширина проезжей части при укрепленных обочинахширина обочины на двухполосной дорогеширина обочины на треолосной дорогепродольный уклонрадиус кривых в плане2видимость в планедлина прямых участковколичество основных полос на проезжей части для прямыхнаправлений движениядлинна населенного пунктадлинна участков на подходе к населенному пунктукоэффициент сцеплениярасстояние от кромки проезжей части до обрыва с ограждениемпересечение в одном уровне при интенсивности движения по3главной дороге4 длинна участков на подходе к населенному пунктуТаблица 8 - Результаты кластеризации методом k-средних по категориямдорог для IV категории дорогиКластерСодержание кластера1 расстояние проезжей части от застройкиширина проезжей части мостов в отношении к ширине проезжейчасти2тип пересечениявидимость пересечения в одном уровне с второстепенной дорогирасстояние от кромки проезжей части до обрыва без огражденияISSN 2079.3944. Вісник НТУ “ХПІ». 2012. №44(950)52

34Продолжение таблицы 8интенсивность движения на двухполосной дорогеширина проезжей части при укрепленных обочинахширина обочины на двухполосной дорогепродольный уклонрадиус кривых в планевидимость в планедлина прямых участковколичество основных полос на проезжей части для прямыхнаправлений движениядлинна населенного пунктакоэффициент сцеплениярасстояние от кромки проезжей части до обрыва с ограждениемпересечение в одном уровне при интенсивности движения поглавной дорогедлинна участков на подходе к населенному пунктуТаблица 9 - Результаты кластеризации методом k-средних по категориямдорог для V категории дорогиКластерСодержание кластера1 расстояние проезжей части от застройкиширина проезжей части мостов в отношении к ширине проезжейчасти2тип пересечениявидимость пересечения в одном уровне с второстепенной дорогирасстояние от кромки проезжей части до обрыва без огражденияинтенсивность движения на двухполосной дорогеширина проезжей части при укрепленных обочинахширина обочины на двухполосной дорогепродольный уклонрадиус кривых в планевидимость в плане3длина прямых участковколичество основных полос на проезжей части для прямыхнаправлений движениядлинна населенного пунктакоэффициент сцеплениярасстояние от кромки проезжей части до обрыва с ограждениемпересечение в одном уровне при интенсивности движения по4главной дорогедлинна участков на подходе к населенному пунктуВыводыВ результате анализа методов оценки уровня БДД на автомобильных дорогахбыл выявлен метод разработанный проф. В.Ф. Бабковым, который получилISSN 2079.3944. Вісник НТУ “ХПІ». 2012. №44(950)53

наибольшее применение на практике. При этом были определены преимуществаи недостатки данного метода, которые состоят в том, что при определенныхзначениях частных коэффициентов аварийности исследователь самостоятельновыбирает как их количество так и значения на интуитивном уровне. В связи сэтим, в статье проведены исследования по классификации частныхкоэффициентов аварийности по признаку однородности и описаны методыпроведения классификации.В качестве метода исследования был выбран кластерный анализ, которыйпозволяет корректно сгруппировать известные частные коэффициентыаварийности в отдельные классы по признаку однородности. Решена проблемавыбора совокупности признаков, которые наилучшим образом отображаютсходство частных коэффициентов аварийности. Кластерный анализ проведенметодом Варда, который позволил сформировать отдельные шаровидные близкорасположенные кластеры с наименьшим значением внутриклассовогосреднеквадратического отклонения.Анализ корректности иерархической классификации был проведен спомощью метода k-средних с оценкой функционалов качества разбиения накластеры.В статье приведены результаты определения наилучшего разбиения частныхкоэффициентов аварийности на кластеры для различных технических категорийавтомобильных дорог: для категории дороги Iа – 3 кластера; для категориидороги Iб – 5 кластера; для категории дороги II – 3 кластера; для категориидороги III – 4 кластера; для категории дороги IV – 4 кластера; для категориидороги V – 4 кластера.Полученные результаты имеют значение для дальнейших исследований поусовершенствованию методики определения итогового коэффициентааварийности.Список литературы: 1. Бабков, В. Ф. Дорожные условия и безопасность движения: Учебникдля вузов. [Текст]/ В. Ф. Бабков. – М.: Транспорт, 1993 г. – 271 с. 2. М 218-03450778-652:2008.МЕТОДИКА оцінки рівнів безпеки руху на автомобільних дорогах України 3.Чванов, В. В.Нормирование итогового коэффициента аварийности. [Текст]/ В. В. Чванов, И. Ф.Живописцев.// «Дороги и мосты». Сборник ст. / ФГУП РосдорНИИ. – М.: 2009, вып. № 3. – с.12–16. 4. Haneen Farah, Abishai Polus, Moshe A. Cohen. Multivariate analyses for infrastructurebasedcrash-prediction models for rural highways //R&TR. – 2007. – Vol. 16. – № 4. ARRB GroupLtd. – p. 26–41. 5. Абрамова, Л. С. Птиця Г. Г. Дослідження показників безпеки руху надорогах [Текст]/ Л. С. Абрамова, Г. Г. Птиця.// Вісник ДІАТ: науковий журнал, №1 / ПП«Рекламо-виробнича фірма «Молнія». – Донецьк, 2009, с.20-26. 6. Мандель, И. Д. Кластерныйанализ. [Текст]/ И. Д. Мандель.— М.: Финансы и статистика. 1988.—176 с: ил. 7. Кочерга, В. Г.Оценка и прогнозирование параметров дорожного движения в интеллектуальныхтранспортных системах [Текст] / В. Г. Кочерга, В. В. Зырянов. — Ростов н/Д: Рост. гос. строит,ун-т, 2001. — 130 с. 8. Кадасев, Д. А. Повышение системной безопасности транспортныхпотоков оптимизацией светофорного регулирования их движения. [Текст]/ автореф. дис. ...канд.. техн. наук: 05.22.10 / Кадасев Д. А.. Липецк - 2008. 9. Гюлев, Н. У. Кластерный анализисследования влияния транспортного затора на состояние водителей. [Текст]/ Н.У. Гюлев.//Информационные управляющие системы. Сборник статей. 3/9 (51) - 2011. 59-61 с. 10. Ким,Дж.-О., Мьюллер, Ч. У., Клекка, У. Р. и др.; под ред. И. С. Енюкова. Факторный,дискриминантный и кластерный анализ [Текст]: пер. с англ. — М.: Финансы и статистика,ISSN 2079.3944. Вісник НТУ “ХПІ». 2012. №44(950)54

1989.— 215 с: ил. 11.ДБН В.2.3-4:2007. Споруди транспорту. Автомобільні дороги. Чинні від2008-03-01. 12. Жамбю, М. Иерархический кластер-анализ и соответствия [Текст] / М. Жамбю.— М.: Финансы и статистика, 1988. - 344 с.УДК 656.13:625.7Метод класифікації приватних коефіцієнтів аварійності для автомобільних дорігрізних технічних категорій/ Абрамова Л. С., Птиця Г. Г. // Вісник НТУ «ХПІ». Серія «Новірішення в сучасних технологіях». – Харків: НТУ «ХПІ». – 2012. - № 44(950). С.41 – 55.Запропоновано метод класифікації приватних коефіцієнтів аварійності для оцінки рівнябезпеки дорожнього руху. Обгрунтовано вживання методів багатовимірного статистичногоаналізу при об'єднанні приватних коефіцієнтів аварійності по однорідності ознак. Отриманістійкі класи приватних коефіцієнтів аварійності по технічних категоріях доріг для оцінкивпливу умов руху на рівень безпеки дорожнього руху. Із.: 3. Бібліогр.: 12 назв.Ключові слова: підсумковий коефіцієнт аварійності, приватні коефіцієнти аварійності,кластерний аналіз, технічні категорії автомобільних дорігUDK 656.13:625.7Method of classification of private factors of breakdown rate for highways of varioustechnical categories / Abramova L., Ptitsa G. // Bulletin of NTU “KhPI”. Subject issue: Newdesicions of modern technologies. – Kharkov: NTU “KhPI”. – 2012. - №44(950). P. 41 – 55.The method of classification of private factors of breakdown rate for an assessment of level ofsafety of traffic is offered. Application of methods of the multidimensional statistical analysis atassociation of private factors of breakdown rate on uniformity of signs is proved. Steady classes ofprivate factors of breakdown rate on technical categories of roads for an assessment of influence oftraffic conditions on level of safety of traffic are received. . Im.: 3: Bibliogr.: 12Keywords: total factor of breakdown rate, private factors of breakdown rate, klasterny analysis,technical categories of highwaysНадійшла до редакції 20.08.2012УДК 656.072Є. В. ЛЮБИЙ, асис., ХНАДУ, Харків;С. В. СВІЧИНСЬКИЙ, асис., ХНАДУ, ХарківОСНОВИ ТЕОРІЇ ТРАНСПОРТНИХ ПРОЦЕСІВ І СИСТЕМ:МОДЕЛЮВАННЯ МАРШРУТНИХ СИСТЕМПАСАЖИРСЬКОГО ТРАНСПОРТУ МІСТУ статті описаний процес та представлені результати моделювання маршрутних системпасажирського транспорту міст Куп’янськ і Балаклія Харківської області, міста СвердловськЛуганської області, міста Кривий Ріг Дніпропетровської області, а також міст Суми, Харків таКиїв в програмному середовищі PTV VISION VISUM. Іл. 1. Бібліогр.: 10 назв.Ключові слова: міський пасажирський транспорт, моделювання, маршрутна система,VISUM.ВступПри розв’язанні задач у галузі організації пасажирських перевезень ідорожнього руху в містах значну роль відіграє наявність моделі транспортноїсистеми, оскільки вона дає можливість оцінити певні зміни, що рекомендуютьсядо впровадження, без їх застосування на реальному об’єкті.© Є.В. ЛЮБИЙ, С.В. СВІЧИНСЬКИЙ, 2012ISSN 2079.3944. Вісник НТУ “ХПІ». 2012. №44(950)55

Отримання точних результатів потребує перегляду значної кількості станівтранспортної системи, причому кожному стану властивий свій варіант розвиткуподій. Виконати такі розрахунки без моделювання транспортних систем міст наЕОМ практично неможливо. Саме тому таке моделювання залишаєтьсяактуальним при виконанні транспортних розрахунків у сфері міськихпасажирських перевезень.Аналіз літературних джерелОднією з головних проблем при створенні моделей транспортних мереж містє виділення транспортних районів (ТР). Виходячи з того, що кінцевою метоюмоделювання транспортних мереж є отримання максимально достовірнихрезультатів вибору оптимального стану системи дослідження, необхідним єврахування наступних вимог [1, 2]: коректність представлення реальних об’єктіввершиною графа транспортної мережі, тобто центром ТР; можливість отриманняоб’єктивної інформації про ТР; стабільність характеристик ТР при змініструктури об’єктів.Для виконання першої вимоги кількість ТР має прагнути до максимуму.Друга вимога пов’язана з необхідністю проведення досліджень для визначенняхарактеристик вершин графа. За великих розмірів ТР їхні характеристикипідпорядковуються закону великих чисел. Зі зменшенням розмірів ТР, тобтозбільшенням їхньої кількості, дія закону великих чисел послаблюється і дляотримання об’єктивної інформації про вершини необхідне проведення великоїкількості досліджень. Наприклад, при зменшенні розмірів ТР і, відповідно,кількості жителів у ньому, може знадобитися перехід від середньої величини якхарактеристики місткості району з відправлення до закону розподілу через значніколивання обсягів пасажирів, які виїжджають у період проведення обстежень.Крім того, діє ще одна, більш проста лінійна залежність: чим більше ТР, тимбільше необхідно досліджень для визначення їхніх характеристик. Звідсивиходить, що для виконання другої вимоги кількість ТР має прагнути домінімуму.Третя вимога визначає необхідність використання такої моделі, вихідні даніякої не змінюються внаслідок вирішення завдання, тобто мають забезпечуватисядостатньо чіткі межі системи, за яких характеристики зовнішнього середовища незалежать від стану системи. Наприклад, місткості зупиночних пунктів (ЗП) звідправлення і прибуття можуть змінитися внаслідок вирішення завданнямаршрутизації через перехід пасажирів на нові варіанти шляхів пересування. Вякості іншого прикладу можна звернути увагу на те, що чим більше ЗПвходитимуть до ТР, тим менше його місткості піддаватимуться змінам, оскількиновий для пасажира ЗП навряд чи буде розміщуватися далеко від колишнього.Таким чином, третя вимога також визначає зворотній зв'язок між кількістюрайонів і стабільністю їхніх характеристик: чим менше ТР, тим стабільніші йогохарактеристики і тим більше вони придатні для використання під часмоделювання [1, 2].Отже, існуючі вимоги до моделювання транспортних мереж єсуперечливими, про що свідчать вищезгадані приклади. Звідси випливає, щокількість ТР залежить від поставленої мети моделювання та можливостейISSN 2079.3944. Вісник НТУ “ХПІ». 2012. №44(950)56

інструментів, з використанням яких воно проводиться.Для вирішення питань побудови транспортної моделі міста на сьогоднірозроблена велика кількість програмних продуктів, серед яких найбільшвідомими є CUBE-CARGO, TSIS, TRANSCAD, EMME, RAPІDІS TRAFFІCANALYST (RTA), TRIPS, TRANZI [3, 4]. Більшість з них призначені длявирішення локальних задач організації дорожнього руху на окремих елементахтранспортної мережі. Окремо слід відзначити програмний пакет VІSEM/VІSUM,розроблений фірмою PTV Карлсруе ФРН як найбільш придатний длямоделювання транспортних ситуацій в умовах перенасичення перехресть івуличних перегонів, а також для охоплення досить великого фрагментупасажирської транспортної системи міста [5].VISUM – це пакет комп'ютерних програм, який дозволяє відображати всівиди індивідуального і суспільного транспорту в єдиній моделі. Він доповнюєтьсяпрограмами розрахунку попиту на транспорт VISEM і VISEVA, а також системоюдля мікромоделювання дорожнього руху VISSIM. Разом з програмою плануванняексплуатації суспільного транспорту INTERPLAN вони утворюють систему PTVVISION. VISUM надає можливості для побудови моделей "користувача" та"підприємства", які дають змогу якісно оцінити пропозиції транспортних послугна перевезення населення. Модель "користувача" відображає характер рухупасажирів або водіїв. При цьому можуть бути обчислені різні навантаження іпараметри, наприклад, час в дорозі, частота пересадок і т.д. В моделі"підприємства" розраховуються виробничі параметри громадського транспорту,наприклад, пробіг транспортного засобу в кілометрах, число одиницьгромадського транспорту, години експлуатації або експлуатаційні витрати. Окрімцього, можна оцінити рентабельність маршруту за допомогою зміни вартостіоплати за проїзд [7, 8].Подібні до програмного продукту VІSEM/VІSUM функціональні можливостімає програма TRANSCAD [4]. Також серед програмних засобів моделюваннятранспортної системи міста варто відзначити рішення RTA, який включаєсолідний набір інструментів для планування руху, спеціалізованих засобівредагування для роботи з маршрутами й розкладами міського пасажирськоготранспорту (МПТ) [6].Необхідно відзначити, що сучасні програмні пакети, які використовуєтьсядля транспортного планування міст, у багатьох випадках дають можливістьстворення ТР навколо кожного ЗП [7], але така повна деталізація длятранспортних систем міст є недоцільною, виходячи з відносно великих масштабівоб’єктів. Тому перед початком моделювання транспортної мережі необхіднопровести дослідження для з'ясування необхідності об’єднання декількох ЗП доТР.Мета та задачіМетою даної роботи є аналіз порядку побудови моделей маршрутних мережміського пасажирського транспорту міст Куп’янськ, Балаклія, Свердловськ,Суми, Харків, Кривий Ріг та Київ.Для досягнення мети необхідно виконати наступний комплекс операцій:зібрати масив вихідної інформації про характеристики транспортних іISSN 2079.3944. Вісник НТУ “ХПІ». 2012. №44(950)57

маршрутних мереж міст; провести дослідження порядку побудови моделеймаршрутних мереж зазначених міст; оцінити якість побудованих моделей.Хід рішенняНа основі зібраної вихідної інформації про маршрутні мережі міст задопомогою програмного продукту VISUM розроблено їх моделі (рис.) [9, 10].абв г дежРис. Моделі маршрутних систем міст (а – м. Свердловськ, б – м. Балаклія, в– м. Куп’янськ, г – м. Кривий ріг, д – м. Харків, е – м. Київ, ж – м. Суми)Слід зазначити, що при побудові моделей маршрутних мереж необхідно, щобсистема відображала просторову й часову структуру пропозиції транспортнихпослуг. Узагальнений порядок дій при побудові маршрутних системISSN 2079.3944. Вісник НТУ “ХПІ». 2012. №44(950)58

досліджуваних міст був наступний: 1) були визначені вузли вулично-дорожньоїмережі (ВДМ) міста; 2) визначені ланки ВДМ та кількість смуг для рухутранспортних засобів для кожної з них, а також ланки з однобічним та двобічнимрухом і види МПТ, які здійснюють рух ним; 3) визначені зупинки МПТ; 4)визначені шляхи проходження маршрутів МПТ; 5) територію міста розділено навищі (Суми, Харків) та транспортні райони.Саме тому розроблені моделі складаються з безлічі об'єктів, які містять всірелевантні дані, такі як мережі транспортних шляхів, дані маршрутів, ТР,транспортні вузли і ЗП. Кожний з перерахованих вище об'єктів мережі описуєтьсявідповідними атрибутами. Так, наприклад, ланка транспортної маршрутноїсистеми описується довжиною і порядковим номером, кількістю смуг руху тайого направленістю, дозволеними для руху видами транспорту тощо.В результаті мікрорайонування міст отримано ТР, які відрізняються міжсобою за призначенням. Кожен ТР одержує свій полігон, що представляє йогопросторове розташування. Також кожен ТР поєднується через примикання якмінімум з одним вузлом ВДМ, щоб учасники руху могли покинути й дістатисяцього району. Примикання відповідає кінцевому й початковому пішохідномупідходу, для якого вказується час і відстань прямування пішки.Необхідно зазначити, що моделювання ТР кожного міста проводилосявідповідно до існуючих вимог щодо моделювання транспортних систем міст [1].Характеристика кожної з розроблених моделей наведена в таблиці.Таблиця - Характеристика моделей маршрутних систем містМістоХарактеристикаСвердловсьп'янскліківРігКу-Бала-Хар-КривиймоделіСумиКиївКількість вузлів, од. 368 247 178 315 650 462 1453Кількість ланок, од. 988 423 387 670 1634 1012 4048Кількість ЗП, од. 62 30 26 166 495 338 1416Кількість маршрутівМПТ, од12 9 6 61 215 124 377Кількість ТР, од. 23 20 21 47 140 73 330Провести оцінювання якості моделей маршрутних систем міст можна зарахунок використання достатньо великої кількості підходів: порівняння реальнихта модельних довжин трас кожного з маршрутів; порівняння середнього часупересування пасажирів на маршрутній мережі (можливо за наявності матриціпасажирських кореспонденцій) та інших. В даній роботі оцінювання булоздійснене за рахунок порівняння довжин трас міських маршрутів. Отриманірезультати свідчать про незначні відхилення між змодельованими та реальнимидовжинами маршрутів МПТ для різних міст, що в кінцевому випадку не вплинена якість розрахунків за моделями.ВисновкиЗастосований порядок моделювання маршрутних систем МПТ дозволяєотримати достатньо точні та якісні моделі громадського транспорту міст,особливо у відношенні транспортної пропозиції. Проведення оцінюванняISSN 2079.3944. Вісник НТУ “ХПІ». 2012. №44(950)59

моделей маршрутних систем МПТ в середовищі PTV VISUM шляхом порівняннядовжин трас маршрутів не є вичерпним, тому що, наприклад, відсутняможливість визначення ефективності обслуговування пасажирів. Для подоланнятакого роду недоліків обов’язковим є використання матриці пасажирськихкореспонденцій, за рахунок чого існує можливість визначення комплексупоказників оцінювання ефективності транспортного процесу перевезенняпасажирів у містах.Список литературы: 1. Горбачев П.Ф. Основы теории транспортных систем [Текст] / П. Ф.Горбачев, И. А. Дмитриев. – Харьков : Изд-во ХНАДУ, 2002. - 202 с. 2. Луб'яний П. В.Ефективність пасажирської маршрутної мережі міст [Текст] : автореф. дис. на здобуття наук.ступеня канд. техн. наук : 05.22.01 "Транспортні системи" / П. В. Луб'яний. – Х. : ХНАДУ, 2005.- 20 с. 3. Движение все [Электронный ресурс] / И. Мельникова // Журнал "Итоги", №18 (360) от06.05.2003 г. : Режим доступа : \WWW/ URL:http://itogi.ru/Paper2003.nsf/Article/Itogi_2003_05_06_11_1040.html. - 10.06.2011 г. – Загл. сэкрана. 4. Презентація програмного продукту TRANSCAD [Электронный ресурс] / Офіційнийсайт корпорації "Caliper" : Режим доступа : \WWW/ URL: http:// caliper.com /tcovu.html. -10.06.2011 г. – Загл. с экрана. 5. Проектирование комплексных транспортных систем вусловиях ограниченного финансирования [Электронный ресурс] / Проблемы развитиятранспортных систем городов и зон их влияния : Режим доступа : \WWW/ URL:http://towntraffic.narod.ru/Russian/Streets_net /Klibavichus2.htm. – 10.06.2011 г. – Загл. с экрана. 6.Растворители пробок [Электронный ресурс] / Р. Насакин // Журнал "Компьютерра" №29 от 16августа 2007 г. : Режим доступа : \WWW/ URL: http:// offline. computerra.ru/ 2007/697/329408.html. - 10.06.2011 г. – Загл. с экрана. 7. Швецов В.Л. Управление транспортнойсистемой на основе компьютерной модели PTV VISION ® VISUM [Текст] / В. Л. Швецов, Е. А.Андреева // Сборник докладов 7-й междунар. конф. "Организация и безопасность дорожногодвижения в крупных городах". – СПб: СПб гос. Архитектурно – строительный университет. –2006. – с. 190 – 192. 8. Руководство Visum 9.3 Анализ и планирование транспортных потоков. –80 min / 700 MB. – Дрезден, Санкт-Петербург, 2007. – 1 електрон. опт. диск (CD-ROM) : 12 см.9. Горбачов П. Ф. Аналіз відстаней між зупинками міського пасажирського транспорту якфактору впливу на розселення населення [Текст] / П. Ф. Горбачов, С. В. Свічинський //Автомобільний транспорт – 2010. – №26. – С. 101–104. 10. Любий Є. В. Визначення попиту напересування населення малих міст маршрутним пасажирським транспортом [Текст] : дис. …канд.. техн. наук : 05.22.01 / Євген Володимирович Любий . - Х., 2012. – 191 с.УДК 656.072Основы теории транспортных процессов и систем: моделирование маршрутныхсистем пассажирского транспорта городов/ Любый Е. В., Свичинский С. В. // ВестникНТУ «ХПИ». Серия «Новые решения в современных технологиях». – Харьков: НТУ «ХПИ». –2012. - №44(950). С. 55 – 61.В статье описан процесс и представлены результаты моделирования маршрутных системпассажирского транспорта городов Купянск и Балаклея Харьковской области, городаСвердловск Луганской области, города Кривой Рог Днепропетровской области, а такжегородов Сумы, Харьков и Киев в программной среде PTV VISION VISUM. Из.: 1. Библиогр.:10 назв.Ключевые слова: городской пассажирский транспорт, моделирование, маршрутнаясистема, VISUMUDK 656.072Theory of transport processes and systems: modelling of route systems of city publictransport/ Lubyi E., Svichinsky S.// Bulletin of NTU “KhPI”. Subject issue: New desicions ofmodern technologies. – Kharkov: NTU “KhPI”. – 2012. - №44(950). P. 55 – 61.ISSN 2079.3944. Вісник НТУ “ХПІ». 2012. №44(950)60

The article deals with modelling process and results of modelling the route passenger transportsystems of the cities of Kupyansk and Balakliya in Kharkiv region, city of Sverdlovsk in Luganskregion, city of Kriviy Rig in Dnipropetrovsk region and cities of Sumy, Kharkiv and Kyiv. . Im.: 1:Bibliogr.: 10Keywords: city public transport, modelling, route system, VISUM.Надійшла до редакції 20.08.2012УДК 621.396:006; 620.179.15:004.421.2С. Л. ВОЛКОВ, канд. техн. наук, зав.каф., ОДАТРтаЯ, Одеса;О. О. СКОПА, д-р техн. наук, зав.каф., ОНЕУ, ОдесаАЛГОРИТМ ТАКТОВОЇ СИНХРОНІЗАЦІЇЦИФРОВОГО РАДІОМОДЕМА НА ОСНОВІ ШПФУ статті показана доцільність використання принципів ШПФ при розробці ефективнихобчислювальних алгоритмів, які засновані на принципі мінімуму перехідних завад у вільнихканалах, для розробки систем тактової синхронізації цифрових багатоканальних радіомодемів.Іл.:1. Бібліогр.: 13 назв.Ключові слова: синхронізація, модем, ШПФ, завада, канал.Постановка проблеми у загальному вигляді та її зв’язок з важливиминауковими та практичними завданнями. Для забезпечення правильногоприйому переданих інформаційних сигналів в захищених телеметричнихсистемах доводиться вирішувати різноманітні завдання синхронізації. Так, привикористанні радіозв’язку, який у ряді випадків є єдиним засобом передачітелеметричної інформації, доводиться вирішувати задачу встановлення тапідтримки певних фазових співвідношень між сигналами що виробляються напередачі та прийомі. При цьому, якщо повідомлення має цифрову структуру,найбільш доцільним є застосування багаточастотних (багатоканальних) модемів здвократною відносною фазовою модуляцією та ортогональними канальнимисигналами [1…4]. Разом з тим, саме радіоканал понад усе схильний до впливу яквипадкових, так і навмисних зосереджених або широкосмугових завад та перешкод.У зв’язку з цим, достатньо часто, в багатоканальних модемах з метою поліпшенняряду їх технічних характеристик, наприклад, швидкості входження демодуляторав синхронний стан, по несучих частотах на межах посилок вводиться додатковафазова маніпуляція на 45 [4]. Хоча вказана додаткова різниця фаз інформації ненесе, спектральні властивості групового сигналу модему поліпшуються,позитивно впливаючи на роботу допоміжних пристроїв демодулятора [4…6].Проте зазначене не дозволяє успішно боротися з впливом шумів та навмиснихперешкод в каналі зв’язку телеметричної системи як на якість інформаційногосигналу [7…9], так і на забезпечення достатньо надійної роботи системсинхронізації в багатоканальних модемах [10, 11]. Виходячи з цього,постановкою завдання та метою статті є впровадження ідеї використанняпринципів швидкого перетворення Фурье (ШПФ) при розробці ефективнихобчислювальних алгоритмів, заснованих на принципі мінімуму перехідних завад© С.Л. ВОЛКОВ, О.О. СКОПА, 2012ISSN 2079.3944. Вісник НТУ “ХПІ». 2012. №44(950)61

у вільних каналах, для побудови систем тактової синхронізації цифровихбагатоканальних радіомодемів, що, в принципі, може вирішити вище вказаніпроблеми. Зазначена ідея була вперше запропонована Байковой А.Т. в [12].Невирішена частина загальної проблеми. На сьогодні відомо достатньобагато робіт, які присвячені проблемам синхронізації цифрових багатоканальнихрадіомодемів по частоті несучого коливання, але більшість з них не враховуєповною мірою характерних особливостей певних радіоканалів (наприклад таких,які використовуються у захищених телеметричних системах) як по енергетиці,так і по частотній невизначеності сигналу, що приймається. Вплив «сусідніхрадіоканалів» на процедури синхронізації у відомих роботах, як правило, нерозглядається. Т.ч. використання принципів ШПФ при розробці систем тактовоїсинхронізації з врахуванням інформації, яку несуть вільні канали у виглядіперехідних завад, є достатньо актуальною.Аналіз останніх досліджень та публікацій. Як показав аналіз доступнихлітературних джерел, питанням побудови ефективних методик та алгоритмівобробки радіосигналів, з метою отримання оцінок їх параметрів, присвяченіроботи Д.Д. Кловського, В.Г. Карташевського, А.І. Тяжева, Б.І. Миколаєва. Слідтакож відзначити роботи С.Н. Елісєєва, А.І. Тяжева, Е.А. Акчуріна та ін., якіприсвячені питанням мінімізації обчислювальної складності алгоритмів. У працяхВ.В. Шахгильдяна, В.Л. Карякина та інших вчених розроблені теоретичні основипобудови систем синхронізації імпульсних сигналів на основі систем фазовогоавтопідстроювання частоти. Проте отримані ними результати не можуть бутибезпосередньо застосовані до задачі, яка винесена в заголовок статті. Ідея пошукуалгоритмів, які дозволяють формувати незалежні (інваріантні) по відношеннюодин до одного оцінки частотного зрушення та тактової синхронізаціївисловлювалися в роботах П.О. Боргессона, Дж. Санделла, Дж. Ван де Біка, У.Тьюрелі, X. Ліу, М. Злотовського, Р. Регианіні та М. Луіса, проте вониприпускають використання спеціалізованих сигналів або «порожніх» каналів, якімають піднесучу частоту у складі OFDM сигналу (від англ. Orthogonal frequencydivisionmultiplexing – Мультиплексування з ортогональним частотнимрозділенням каналів).Виклад основного матеріалу. Розглянемо формування вимірювальнихданих у сучасних цифрових телеметричних системах. Загалом існують тритехнології: по запиту з пункту управління; за наперед заданим часом; по змінівимірювальної величини більш ніж задане значення [13]. Таким чином, канализв’язку телеметричної системи не задіяні постійно, тобто деякий час дані по нимне передаються і канали стають вільними. Наявність таких каналів даєможливість використання відомого методу тактової синхронізаціїбагатоканальних модемів за принципом мінімуму перехідних завад у вільнихканалах [7…11]. Цей метод полягає в обчисленні в кожному такті перехіднихзавад, рівних по величині функції кореляції групового сигналу з відповіднимисинфазними і квадратурними опорними сигналами на двох інтервалах інтеграції,рівних по величині інтервалу ортогональности і зрушених один щодо одного навеличину захисного інтервалу, і зрушенні в наступному такті інтервалу інтеграції унапрямі того інтервалу, де було обчислено менше значення перехідних завад.ISSN 2079.3944. Вісник НТУ “ХПІ». 2012. №44(950)62

Розглянемо випадок Q -канального модему. При цьому нехай з Q каналівінформаційними є тільки S , а останні Q S каналів – вільні. Множину вільнихканалів позначимо через EQ S.Нехай опорними сигналами є відрізки гармонійних коливань, що єгармоніками основної частоти . Припустимо, що частота дискретизаціїгрупового сигналу дорівнює Fd. На інтервалі ортогональности, який дорівнєюFdперіоду основної частоти, уміщається R відліків групового сигналу.Значення перехідних завад, які виникають в результаті розсинхронізаціїkRмодему, обчислюватимемо у M вільних каналах з номерами, рівними Pk ,Nде: N – ціле та кратне R ; k – приймає такі M значень з множини цілих0,1,..., N 1, щоб виконувалася умова: Pk EQ S.Перехідна завада в каналі з номером Pk, обчислювана на інтервалі, рівномуінтервалу ортогональности, дорівнює сумі абсолютних значень функції кореляціїабо скалярних творів R -точкової послідовності групового сигналу x n зпослідовностями відліків синфазної та квадратурної складових Pk-канальногоопорного сигналу. Т.ч., потрібно обчислити:R1синф 2 XP cosk xn Pkn 0 Fd , (1)R1квадр 2XP x sink nP kn0Fdnде: 2 Pk– кругова частота несучої Pk-го каналу; – дискретний час,Fdкратний періоду частоти дискретизації групового сигналу.синф квадрТоді перехідна завада в Pk-му каналі буде дорівнювати: YP Xk P Xk P.kЗауважимо, що тут не розглядається статистичне усереднювання таусереднювання по каналах, оскільки для виведення бажаного алгоритму це не єпринциповим.синф квадрПредставимо пару чисел X і X у вигляді вектора:PkPkсинф квадрP P PX X jX . (2)k k kПідставляючи (1) у (2), отримуємо:R1 R1 R1 21 22 2j P knkn R jFdNP cossink n kn knnn0 Fdn0 Fdn0 n02 ie j N .X x Pn j x Pn xe xeВраховуючи періодичність функціїзаписати:з періодом у N відліків, можемоISSN 2079.3944. Вісник НТУ “ХПІ». 2012. №44(950)63

R 1R1N 2kn1jNXP xk Re. n 1nn210n20N Т.ч., як бачимо, обчислення скалярних добутків (1) звелося до обчисленняN -точкового дискретного перетворення Фур‘є послідовності:zR1N x , n1 0,1,..., N 1. (3)n1R n 1nn22 0NПідрахуємо кількість арифметичних операцій, потрібних для реалізаціїотриманого алгоритму на тривалості однієї посилки. Ця кількість визначаєтьсячислом операцій, потрібних для формування N -точкової послідовностівідповідно до виразу (3) і обчислення N -точкового ШПФ дійсної послідовності. R Формування послідовності (3) вимагає виконання 1N RNоперацій N складання. Нехай алгоритм ШПФ вимагає виконання YШПФмножень та CШПФдодавань. Тоді шукане число операцій буде:Cn RN CШПФ(4)додавань таYn YШПФ(5)множень.З [8, 12] та інших джерел відомий алгоритм обчислення перехідних завад вцифровому багатоканальному модемі. Він припускає представлення груповогосигналу у вигляді синфазної та квадратурної послідовностей по L відліків, де L –ціле число на яке ділиться без остачі число R . Формування квадратурної таR L операцій складання. Обчислення коефіцієнтів кореляції реалізуєтьсяперемножуванням відліків цих послідовностей з M косинусними та Mсинусними опорними сигналами, представленими також L відліками. Це вимагаєсинфазної послідовностей відліків вимагає виконання 2 1 2RLвиконання 2ML множень та 2 1M L складань. Звідси, для реалізації алгоритму,потрібноCu2RMLL M(6)додавань таYu 2ML(7)множень.Для прикладу (див. [12]) розглянемо багатоканальний модем з Q 72стосовно вище викладених міркувань. У цьому випадку отримаємо: S 45 , 0...12,30...32,40...42,64...71 , 4 кГц, F 576 кГц, M 3 , L 9,E Q SR 144.Як вільні канали, в яких обчислюється перехідна завада, виберемо канали зdISSN 2079.3944. Вісник НТУ “ХПІ». 2012. №44(950)64

1214144x 0номерами Pk k, де1 212Nx 3312покладемо N 9, k 0, 2, 4.2 14x 6Відзначимо, що Pk EQ S.12 120,941 12Для реалізації 9-точкового x 7Re X 1 12 12ШПФ використовуємо алгоритм 0,766 12x1ReX 4 12 12L1(рис.), що вимагає всього 8 0,695 18x 4ReX 2 12 12 0,684 14множень та 36 складань. x 2Im X 1 12 12Перевага розглянутого 0,642 12x 8ImX4 12 12 0,985 12алгоритмутактової x 5ImX2 синхронізації, що використовує12 12 12 12принцип ШПФ, очевидна.x 6ReX 3 121 2Застосування ШПФ для x 31212побудови ефективних x 012 12 12обчислювальних алгоритмів x 1X 012тактової синхронізації x 41212багатоканальних радіомодемів з x 712 12 123вільними каналами, не2x 2ImX 3 12обмежується каналами зв’язку x 51212телеметричних систем, і може x 8бути розповсюджене на Рис. Граф алгоритму 9-точкового ШПФ длябагатоканальний радіозв’язок якдійсної послідовностіспеціального так і загальногопризначення при передаванні різноманітної інформації.Висновок. У статті показана доцільність використання принципів ШПФ дляпобудови ефективних обчислювальних алгоритмів тактової синхронізаціїзаснованих на принципі мінімуму перехідних завад у вільних каналах цифровихбагатоканальних модемів, при їх використанні в захищених телеметричнихсистемах. Розглянуті алгоритми можуть бути використані в більшості існуючихканалах радіозв’язку при передаванні різноманітної інформації.Список літератури: 1. Скопа, А. А. Синтез помехоустойчивых модемов при совместномвоздействии в канале аддитивных шумов и преднамеренных помех [Текст] / В. И. Панфилов, А.А. Скопа // Наукові записки УНДІЗ. – К. : УНДІЗ. – 2008. – №6(8). – С. 72-80. 2. Петрович, Н. Т.Передача дискретной информации в каналах с фазовой манипуляцией [Текст] : монография / Н.Т. Петрович. – М. : Сов. радио, 1965. – 253 с. 3. Окунев, Ю. Б. Теория фазоразностноймодуляции [Текст] : монография / Ю. Б. Окунев. – М.: Связь, 1979. – 215 с. 4. А. с. СССР.Устройство для детектирования фазоманипулированных сигналов [Текст] / И. П. Панфилов(CCCР). – №1042203 ; опубл. 1983. – Бюл. №34. 5. Помехоустойчивость и эффективностьсистем передачи информации [Текст] : учебник для студ. ВУЗов / А. Г. Зюко, А. И. Фалько, И.П. Панфилов и др. ; под ред. А. Г. Зюко. – М. : Радио и связь, 1985. – 271 с. 6. Евсиков, М. Ю.Методы вычисления дискретных преобразований Фурье при распознавании многочастотныхсигналов, передаваемых в цифровом виде [Текст] / М. Ю. Евсиков // Электросвязь. – М. : ООО«Инфо-Электросвязь». – 2000. – № 5. – С. 30-32. 7. Балашов, В. А. Алгоритмы оптимизацииспектра группового сигнала в многоканальных модемах [Текст] / В. А. Балашов, Л. М.Ляховецкий // О. : УДАЗ. – Наукові праці УДАЗ ім. О.С. Попова. – 1999. – №1. – С. 37-43. 8.ISSN 2079.3944. Вісник НТУ “ХПІ». 2012. №44(950)65

Разработка методов повышения скорости передачи ЦС по стволам аналоговых РРСП [Текст] :отчет о НИР (промежуточ.) / УНИИРТ ; рук. Б. В. Одинцов. – №01881061343. – О., 1988. – 315 с.9. Дидковский, Р. М. Оптимальные кодовые последовательности в задачах тактовойсинхронизации систем связи с фазовой манипуляцией шумового сигнала [Текст] / Р. М.Дидковский, Ю. Г. Лега, С. М. Первунинский // К. : КПИ. – 2012. – Т. 55, № 4. – С. 11-19. –(Известия вузов). 10. Заездный, А. М. Фазоразностная модуляция [Текст] : монография / А. М.3аездный, Ю. Б. Окунев, Л. М. Рахович. – М. : Связь, 1967. – 304 с. 11. Гинзбург, В. В. Tеориясинхронизации демодуляторов [Текст] : монография / В. В. Гинзбург, А. А. Каяцкас. – М. : Связь,1974. – 216 с. 12. Байкoва, А. Т. Синтeз эффeктивных алгоритмoв быстрoго прeoбразованияФурье и циклическoй свeртки и их примeнение в устрoйствах сoпряжения аналогoвых ицифрoвых систeм пeрeдачи [Текст] : Диc. … канд. тeхн. наук : 05.12.13 / А. Т. Байкова. – Л., 1984.– (Из фoндoв Рoс. гoс. библ.). – РГБ ОД 61:85-5/2137. – Режим доступа : http://www.lib.uaru.net/diss/cont/168012.html, условно-свободный. – 260 с. 13. Раннев, Г. Г. Измерительныеинформационные системы [Текст] : учебн. для студ. ВУЗов / Г. Г. Раннев. – М. : Издательскийцентр «Академия», 2010. – 336 с.УДК 621.396:006; 620.179.15:004.421.2Алгоритм тактовой синхронизации цифрового радиомодема на основе БПФ/ Волков С.Л., Скопа А. А.// Вестник НТУ «ХПИ». Серия «Новые решения в современных технологиях». –Харьков: НТУ «ХПИ». – 2012. - №44(950) . С. 61 – 66.В статье показана целесообразность использования принципов БПФ при разработкеэффективных вычислительных алгоритмов, основанных на принципе минимума переходныхпомех в свободных каналах, для построения систем тактовой синхронизации цифровыхмногоканальных радиомодемов. Из.: 1. Библиогр.: 13 назв.Ключевые слова: синхронизация, модем, БПФ, помеха, каналUDK 621.396:006; 620.179.15:004.421.2Algorithm for clock synchronization between digital radio modems based FFT/ Volkov S, SkopaO.// Bulletin of NTU “KhPI”. Subject issue: New desicions of modern technologies. – Kharkov: NTU“KhPI”. – 2012. - № 44(950). P. 61 – 66.It is rotined in the article, that at development of effective computational algorithms of timesynchronization for multichannel radiomodems, it is possible to apply principles FFT. These principlesutilized an idea about a minimum of crosstalks in the free ductings. . Im.: 1: Bibliogr.: 13Keywords: synchronization, modem, FFT, hindrance, channelНадійшла до редакції 10.08.2012ISSN 2079.3944. Вісник НТУ “ХПІ». 2012. №44(950)66

УДК 614.841.2БЕЗОПАСНОСТЬЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИІ. В. МОСКАЛЮК, канд.техн.наук, доц., ОДАУ, ОдесаПРИЧИНИ ПОЖЕЖ В ПОБУТІ ТА ЇХ НАСЛІДКИНаведено аналіз стану пожеж у побуті в Україні по областям та соціальному становищу особи,яка винна у виникненні пожежі. Розглянуто причини пожеж у побуті та проведено аналіз їхвиникнення. Іл.: 0. Бібліогр.: 3 назвКлючові слова: пожежі в побуті, травматизм.ВступДослідження, які наведені в статті, відносяться до галузі охорони праці табезпеки життєдіяльності. Реальні житлові умови є причиною виникнення пожежу побуті, наслідком яких є загибель людей, нещасні випадки та травматизм, якіпризводять до матеріальних і моральних втрат та негативно позначаються нарівні життя населення. Пожежі у побуті – це загальнодержавна проблема.Проведення аналізу виникнення пожеж у побуті на території України пообластям та соціальному становищу особи, яка винна у виникненні пожежі тавизначення проблем щодо профілактики пожеж, являється актуальним. Охоронаматеріальних цінностей, життя і здоров’я людей, усіх форм власності від пожеж усучасних умовах належить до актуальних завдань держави і суспільства.Аналіз даних відносно пожеж у побуті за останні роки на території Українисвідчить, що існує проблема підвищеного рівня пожеж, які призводять дозагибелі людей, травматизму та значних матеріальних збитків. Тому звертання допроблем боротьби з пожежами у побуті та їх наслідками є актуальними і маєвеличезне соціально-економічне значення і становить загальнолюдський інауково-дослідний інтерес.Проведення аналізу причин пожеж у побуті дозволить виявити напрямкипрофілактики для попередження пожеж, збереження здоров'я, життя людей таматеріальних цінностей.Метою роботи є проведення статистичного аналізу стану пожеж у побуті,з’ясуванні їх причин та умов виникнення, а також розробці рекомендацій зпрофілактики пожеж такого характеру.Завдяки сучасним досягненням науки і техніки створено багаторізноманітних засобів запобігання пожежам в побуті та їх гасіння. Однаккількість пожеж у житловому секторі рік у рік зростає, основною причиною якихє порушення встановлених законодавством вимог пожежної безпеки. Більшетого, в умовах науково-технічного прогресу проблема боротьби з пожежами стаєгострішою, оскільки в руки людини потрапляють нові могутні джерела енергії, акількість потенційних джерел підвищеної небезпеки зростає темпами, за якихшкода від їхнього необережного використання стає значнішою.Стан, який склався сьогодні з пожежами, свідчить про наявність складних© І. В. МОСКАЛЮК, 2012ISSN 2079.3944. Вісник НТУ “ХПІ». 2012. №44(950)67

проблем в протипожежному захисті житлового сектору. Насичення квартиррізноманітними газовими, електропобутовими приладами і хімічнимипрепаратами представляє значну небезпеку виникнення пожежі в квартирі у разінавіть найменшого порушення встановлених правил пожежної безпеки. Цепризводить до того, що у житлових будинках пожежі виникають значно частіше,ніж у громадських або виробничих будівлях.Пожежі, які викликані непогашеною сигаретою, є найбільшрозповсюдженими. Більшість пожеж, спричинених курінням, пов'язана зкурінням у нетверезому стані у ліжку.Не менш поширеною причиною пожеж в побуті є порушення правилкористування електричними приладами. Аналіз таких пожеж показує, що вонивідбуваються, в основному, з двох причин: у разі порушення правил пожежноїбезпеки під час користування електропобутовими приладами і прихованоїнесправності цих приладів [1].Крім того, пожежі можуть виникати і від несправної електропроводки абонеправильної експлуатації електромережі. Це може статися, наприклад, якщо водну розетку включити декілька побутових приладів водночас. Виникаєперевантаження, проводи можуть нагрітися, а ізоляція - спалахнути. Якщо вмісці короткого замикання виявляться горючі матеріали і конструкції, вонимиттю займаються. Тому необхідно стежити за справністю ізоляції проводів, недопускати кріплення їх цвяхами, які можуть порушити ізоляцію [2].До причин пожеж та загибелі людей внаслідок впливу соціального чинникавідносять підпали, порушення правил пожежної безпеки при проведенніелектрогазозварювальних робіт, порушення правил експлуатації побутовихгазових, гасових та інших приладів і засобів, недбале поводження з вогнем,пустощі дітей з вогнем; техногенного фактору - несправність виробничогообладнання, порушення технологічного процесу виробництва, порушення правилпідготовки і експлуатації електроустановок, вибухи, порушення правилпідготовки і експлуатації пічного опалення, порушення правил підготовки іексплуатації теплогенеруючих агрегатів та установок; природного фактору -самозаймання предметів і матеріалів, розряди блискавки.Загибель людей за часом доби залишається незмінною протягом багатьохроків. Найбільша кількість загиблих вночі спостерігається з 22 до 6 годин ранку іскладає 29%. Кількість загиблих від пожеж у побуті вдень з 10 до 18 годинзнижується до 22%. Найменша кількість загиблих від пожеж у побутіспостерігається ввечері з18 до 22 годин.Результати статистичного аналізу пожеж у побуті в залежності відсоціального становища особи, яка винна у виникненні пожежі, наведено утаблиці 1.ISSN 2079.3944. Вісник НТУ “ХПІ». 2012. №44(950)68

Таблиця 1- Статистика пожеж у побуті в залежності від соціальногостановища особи, яка винна у виникненні пожежіКількість пожеж та загоряньОсоба, винна у виникненні пожежі2010 2011 %%Робочий 3646 3906 -6,7Працівник КСГП, КСП, сільських кооперацій, 646 776 -16,8фермерСлужбовець 287 355 -19,2Військовослужбовець і співробітник інших силових 38 39 -2,6структурПенсіонер 6424 6266 2,5Керівник об'єкта 722 799 -9,6Студент, учень 219 254 -13,8Домогосподарка 1486 1616 -8,0Інвалід 340 333 2,1Дитина дошкільного віку 580 814 -28,7Дитина молодшого шкільного віку 580 814 -28,7Дитина середнього та старшого шкільного віку 231 241 -4,1Психічнохворий і розумововідсталих 107 111 -3,6Людина без певного роду занять (безробітний) 5354 5222 2,5Людина, що знаходиться в місцях позбавлення волі 7 7 0,0Іноземець 14 7 100,0Працівник торгівлі 77 88 -12,5Підприємець 485 522 -7,1Інші винні особи 784 546 43,6Винуватця не встановлено 26263 24079 9,1Аналіз пожежної небезпеки показує, що основну частину загиблихскладають наступні соціальні групи: пенсіонери до 42%, особи без певних занять- 37%, працівники - 13%. Дуже велика кількість людей гине в стані алкогольногосп'яніння. Найбільша кількість летальних випадків внаслідок пожеж у побутіспостерігається у людей віком від 40 до 60 років і складає майже 44%. Незначнезниження загиблих відбувається у мешканців у віці старше 69 років - до 36%.Найменша кількість загиблих внаслідок побутових пожеж спостерігається улюдей віком від 21 до 40 років і складає 16%.У 61% випадків виникнення пожеж від необережного поводження з вогнемвинна особа не встановлена. В інших випадках винними, найчастіше, є безробітні- 10% та пенсіонери - 9%. Більшість з них - це чоловіки, віком від 30 до 50 років,які в момент порушення правил пожежної безпеки перебували в станіалкогольного сп'яніння.Результати аналізу обліку кількості пожеж у побуті по областях Українинаведені у таблиці 2 [3].ISSN 2079.3944. Вісник НТУ “ХПІ». 2012. №44(950)69

Таблиця 2- Стан пожеж у побуті по областях України за 2010 – 2011 рокиНазва області Кількість пожеж Загинуло людей Врятовано людей2011 2010 % 2011 2010 % 2011 2010 %АР Крим 1213 1031 17,7 74 67 10,4 59 55 10,4Вінницька 1489 1390 7,1 68 72 -5,6 171 55 -5,6Волинська 850 841 1,1 40 38 5,3 59 31 5,3Дніпропетровська 3645 3948 -7,7 165 209 -21,1 92 150 -21,1Донецька 6111 8543 -28,5 294 305 -3,6 119 62 -3,6Житомирська 1794 1757 2,1 86 75 14,7 43 32 14,7Закарпатська 927 670 38,4 29 26 11,5 22 22 11,5Запоріжська 2958 2972 -0,5 109 99 10,1 86 113 10,1Ів.Франківська 1335 941 41,9 60 41 46,3 46 45 46,3Київська 2233 2402 -7,0 118 97 21,6 63 41 21,6Кіровоградська 1029 1187 -13,3 58 55 5,5 12 12 5,5Луганська 2576 4451 -42,1 129 151 -14,6 199 155 -14,6Львівська 1826 1737 5,1 73 85 -14,1 218 335 -14,1Миколаївська 1657 1142 45,1 56 55 1,8 104 199 1,8Одеська 3033 2242 35,3 109 111 -1,8 229 104 -1,8Полтавська 944 1017 -7,2 74 76 -2,6 213 89 -2,6Рівненська 1190 895 33,0 67 41 63,4 53 40 63,4Сумська 1423 1964 -27,5 44 60 -26,7 86 68 -26,7Тернопільська 1019 745 36,8 44 47 -6,4 95 83 -6,4Харківська 3199 4359 -26,6 116 107 8,4 147 184 8,4Херсонська 2208 1339 64,9 64 55 16,4 128 125 16,4Хмельницька 769 778 -1,2 35 40 -12,5 59 43 -12,5Черкаська 909 1205 -24,6 64 62 3,2 29 30 3,2Чернівецька 524 480 9,2 34 36 -5,6 24 22 -5,6Чернігівська 1110 1307 -15,1 64 57 12,3 121 126 12,3м. Київ 3558 3812 -6,4 33 56 -41,1 229 197 -41,1м. Севастополь 755 725 4,1 18 14 28,6 36 19 28,6Всьго по Україні 50284 53880 -6,7 2125 2137 -0,6 2742 2437 -0,6Результати аналізу кількості пожеж у побуті у 2010 році, порівняно з 2011роком, свідчить, що кількість пожеж зменшилась майже на 6,7 %.Особлива увага приділяється летальним випадкам, які виникли внаслідокпожежі. Збільшення кількості загиблих у побуті за 2010 – 2011 роки на Україніспостерігається у таких регіонах, як АР Крим – на 10,4 %, Житомирська область– на 14,7 %, Закарпатська – на 11,5 %, Запоріжська – на 10,1 %, Івано-Франківська – на 46,3%, Київська – на 21,6 %, Рівненська – на 63,4 %,Херсонська – на 6,4 %, Чернігівська – на 12,3 %, м. Севастополь – на 28,6 %.Проте, в деяких регіонах спостерігається явне зниження загиблих, зокрема, уДніпропетровській області – на 21,1 %, Луганській – на 14,6 %, Львівській – на14,1 %, Сумській – на 26,7 %, Хмельницькій – на 21,5 %, м. Київ – на 41,1 %.ISSN 2079.3944. Вісник НТУ “ХПІ». 2012. №44(950)70

Загальна кількість загиблих по Україні від пожеж у побуті за 2010 – 2011роки знизилась на 0,6 %.Для забезпечення пожежної безпеки необхідно запобігти утворенню джерелзапалювання. Також для профілактики пожежної безпеки приміщення, в якому єпотенційне джерело запалювання, повинно бути надійно захищенеавтоматичними засобами захисту (аварійним відключенням, сигналізацією абогасінням). Із засобів пожежогасіння найбільш ефективними і безпечними євогнегасники.Вимоги пожежної безпеки також направлені на забезпечення надійноїевакуації людей з будівель і приміщень при пожежі. Розміщені на шляхахевакуації пожежні крани та протидимова вентиляція повинні перебувати всправному стані.Отже, пожежна безпека – стан об’єкта, при якому з регламентованоюймовірністю виключається можливість виникнення та розвиток пожежі і вплив налюдей її небезпечних факторів, а також забезпечується захист матеріальнихцінностей.ВисновкиТаким чином, пожежі у побуті залишаються загальнодержавною проблемою.Цілеспрямована робота центральних і місцевих органів виконавчої влади тамісцевого самоврядування, підприємств, установ та організацій спроможназменшити кількість пожеж у побуті, сприяти технічному переоснащуваннюбудинків і споруд протипожежним оснащенням та зменшити відсоток загибеліта травматизму людей на пожежах.Список литератураи: 1. Шебеко Ю. Н. Оценка риска эслакации пожара в производственныхзданиях и сооружениях / Ю. Н. Шебеко, Д. М. Гордиенко, А. Е. Дроздов, Д. С. Кириллов, Ю. И.Дешевых, А. Н. Гилетич // Пожарная безопасность. — 2010. — № 4. — С. 46 — 47. 2.http://forinsurer.com/public/09/07/07/3825/ 3. http://blog.kp.ua/users/2756060/post149332301/УДК 614.841.2Причины пожаров в быту и их последствия/ Москалюк И. В. //Вестник НТУ «ХПИ».Серия «Новые решения в современных технологиях». – Харьков: НТУ «ХПИ». – 2012. -№44(950) . С. 66 – 71.Приведен анализ состояния пожаров в быту в Украине по областям и социальнойпринадлежности людей, которые виноваты в возникновении пожара. Рассмотрены причиныпожаров в быту и проведен анализ их возникновения. . Из.: 0 Библиогр.: 3 назвКлючевые слова: пожары в быту, травматизм.UDK 614.841.2Causes of fires in the home and their implications / Moskaliuk I.// Bulletin of NTU “KhPI”.Subject issue: New desicions of modern technologies. – Kharkov: NTU “KhPI”. – 2012. - №44(950).P. 66 – 71.An analysis of the status of domestic fires in Ukraine by region and social status of people whoare to blame in case of fire. The causes of fires in the home and the analysis of their occurrence. . Im.:0 Bibliogr.: 3Keywords: fires in the home, injuries.Надійшла до редакції 25.08.2012ISSN 2079.3944. Вісник НТУ “ХПІ». 2012. №44(950)71

УДК 579.61ТЕХНОЛОГИИ ОРГАНИЧЕСКИХ ИНЕОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ И ЭКОЛОГИЯО. С. ХИЖНЯК, асп., НТУ «ХПІ», Харків;Ю. М. КРАСНОПОЛЬСЬКИЙ, д-р фарм. наук, проф., НТУ «ХПІ», ХарківБІОТЕХНОЛОГІЧНІ АСПЕКТИ СТВОРЕННЯ ПРЕПАРАТІВ НАОСНОВІ ПРОБІОТИКІВРозглянута класифікація пробіотичних і пребіотичних препаратів, наведено перелік препаратів,представлених на українському ринку пробіотиків. Показана роль пробіотичних препаратів,яку вони виконують в організмі. Окремо представлені характеристики біфідобактерій талактобацил. Розглянуті аспекти створення препаратів на основі безклітинних компонентівпробіотиків. Доведена необхідність розробки комбінованих препаратів на основі місцевихбіоваріантів. Іл.: 0. Бібліогр.: 21 назв.Ключові слова: пробіотики, пребіотики, симбіотики.Вступ. В останні роки на організм людини постійно впливає цілий комплекснесприятливих факторів, які змінюють нормальне функціонування основнихсистем життєдіяльності. З одного боку, вплив екологічного стану, який постійнопогіршується, зростання кількості стресових ситуацій, а з іншого – масовенеконтрольоване застосування хіміотерапевтичних препаратів, у тому числіантибіотиків. У зв’язку з цим постало питання про способи конструювання івідновлення оптимальної мікрофлори, тобто мікроекології та ендоекологіїмакроорганізму [1].Аналіз останніх досліджень та літератури. В науковій літературі таофіційних документах, які мають відношення до проблем мікроекології, а такожу повсякденному житті широку популярність отримала біотерапія. Теоретично цепоняття існувало вже досить давно і вперше було описано І.І. Мечниковим [2],який виявив позитивний ефект, що мають молочнокислі бактерії на організмлюдини.Взагалі біотерапія включає поняття «пробіотики» (ПР), «пребіотики»,«симбіотики». Не слід ототожнювати ці поняття, адже кожне з них включає різніза походженням і функціональною активністю компоненти.«Пробіотики» – природні ад’юванти, живі мікроорганізми, введення яких ворганізм людини сприяє підтриманню і відновленню біологічного балансу йогонормофлори і має позитивний ефект [3,4,5].«Пребіотики» – представляють собою речовини або дієтичні інгредієнти, яківибірково стимулюють ріст і біологічну активність мікроорганізмів у кишечнику[6,7].«Симбіотики» – комбінація пробіотичного та пребіотичного компонентів зметою інтенсифікації позитивного ефекту на організм [8].За деякими літературними даними до біотерапії також відносять «пробіотичні© О.С. ХИЖНЯК, Ю.М. КРАСНОПОЛЬСЬКИЙ, 2012ISSN 2079.3944. Вісник НТУ “ХПІ». 2012. №44(950)72

продукти» (ПР-продукти) – ферментовані за допомогою бактерій кисломолочніпродукти [9,10]. Відповідно ДСТУ 2212-93 «Молочна промисловість. Молоко ікисломолочні продукти. Терміни та визначення», кисломолочний продукт – цемолочний продукт, який утворюється сквашуванням молока чи вершків, пахти,сироватки чистими культурами молочнокислих бактерій з можливим додаваннямкультур дріжджів, оцтовокислих чи пропіоновокислих бактерій, харчовихдобавок [11]. Ведення в склад кисломолочних продуктів спеціальноселекціонованих штамів молочнокислих бактерій, біфідобактерій сприяєкращому засвоєнню кальцію в організмі людей різних вікових груп, зниженнюрівня холестерину в крові, забезпечує фізіологічну необхідність у вітамінах,амінокислотах, антиоксидантах, активізує утворення мікробної лактази [12,13].Але на наш погляд останній клас можна віднести лише до засобів профілактикирозладів шлунково-кишкового тракту.Коротко охарактеризувавши нові терміни та визначення, які з’явилися вобласті застосування мікробіотерапії, розглянемо класифікацію кожного класуречовин.Класифікація пробіотиків. ПР представлені п’ятьма поколіннями: І покоління– монокомпонентні препарати. Містять один штам бактерій (біфідобактерій,лактобактерій та ін..); ІІ покоління – антагоністи, що самостійно елімінуються зорганізму. Складаються зі спорових бацил та дріжджеподібних грибів; ІІІпокоління – комбіновані препарати. Містять кілька штамів бактерій. Бактерії, щовходять до його складу можуть відноситись до одного або різних видів тапосилюють дію один одного; IV покоління – синбіотики – комбінаціяпробіотичного і пребіотичного компоненту; V покоління – рекомбінантні абогенно-інженерні ПР створені на основі генно-інженерних штамів мікроорганізмів,їх структурних компонентів та метаболітів, мають задані характеристики [14].На фармацевтичному ринку України ПР представлені доволі широко.Переважно це препарати, які містять біфідо-, колі- та лактобактерії, дріжджі. Насьогодні широкому колу споживачів доступні сотні ПР-продуктів харчування,харчові добавки, та їх кількість, зареєстрованих в Україні, постійно зростає. Внаш час на українському ринку лікарських препаратів переважають імпортні ПР.Закордонні фірми займають біля 90% українського фармацевтичного ринку в ційобласті.Класифікація пребіотиків. Аналіз речовин, що здатні стимулювати рістнормальної мікрофлори привів до класифікації пребіотичних компонентів нанаступні групи: моносахариди і спирти (ксилоза, ксилобіоза, рафіноза, сорбіт);олігосахариди (лактулоза, фруктоолігосахариди, галактоолігосахариди,ксилоолігосахариди); полісахариди (пектині, декстрин, інулін); ферменти (βгалактозидазамікробного походження, протеази сахароміцетів); пептиди (соєві,молочні); антиоксиданти (вітаміни групи В, вітамін Е, аскорбінова кислота) [6,7].Серед пребіотиків, зареєстрованих на території України виділяють: Дуфалак,лактулоза (Solvay Pharma); Лактувит, лактулоза (Юрія-фарм); Нормазе, лактулоза(Moltenis); Лактулакс, лактулоза (Genom Biotech) [15,16].ISSN 2079.3944. Вісник НТУ “ХПІ». 2012. №44(950)73

Перелік найпопулярніших препаратів-ПР, зареєстрованих в Україніпредставлено у таблиці [15,16]:Таблиця – Перелік пробіотиків, зареєстрованих в УкраїніМонокомпонентніпрепаратиПолікомпонентніКомбіновані (симбіотики)РекомбінантніСамоелімінуючіЛактобактерин (суха речовина), Росія, УкраїнаБіфідумбактерин (суха речовина), РосіяБіо-Гая (каплі)Колібактерин (суха речовина), УкраїнаА-Бактерин (суха речовина), УкраїнаБіфіформ-бебі (каплі), ДаніяЛінекс (капсули), СловеніяБіфіформ (капсули), ДаніяБіфікол (флакони), УкраїнаЛактовіт форте (капсули), ВеликобританіяЛацидофіл (капсули), УкраїнаБіфіформ дитячий (порошок)Лактив-ратіофарм (капсули, порошок, флакони),ІталіяБіфіформ комплекс (таблетки), ДаніяСубалін (суха речовина), УкраїнаХілак, хілак-форте (каплі), ГерманіяБактисубтіл (капсули), ЮгославіяЕнтерожерміна (питні ампули), ФранціяБіоспорин (суха речовина), РосіяЕнтерол (суха речовина), ФранціяМетодика отримання ПР препарату поєднує в собі простоту технології іскладність її виконання. ПР випускаються в чотирьох основних формах – сухаречовина, рідка форма, капсули, супозиторії. Початком будь-якого продукту єпостадійне культивування: відновлення та накопичення маточної культури,виробничий посів, додавання середовища висушування. Далі залежно відмайбутньої форми препарат розливають у флакони або висушують. Висушенукультуру вводять у желатинову капсулу або використовують у складісупозиторію. Полікомпонентні препарати та симбіотики об’єднують переддодаванням середовища висушування. На кожній стадії препарат проходитьконтроль на чистоту, кількість живих бактерій, та у ряді препаратів здібність докислотоутворення.Наведений перелік препаратів є не повним, але вже на його основі можназробити висновок про велику увагу, яка зараз надається ПР. Враховуючи вищезазначені причини, ПР набирають нової сили і ХХІ століття прийнято оголоситиерою ПР. Але чому саме вони? Це пов’язано з тим, що пробіотикотерапія маєбеззаперечні переваги, до яких, перш за все, слід віднести те, що за суміщеннямознак мікроекологічної відповідності і лікувально-профілактичної ефективностівона не має пріоритетної альтернативи у порівнянні з іншими препаратами [17].Цей вибір також залежить від великого переліку функцій, які вони виконують ворганізмі. Зупинимося докладніше на цьому питанні.ISSN 2079.3944. Вісник НТУ “ХПІ». 2012. №44(950)74

Основна маса ПР препаратів основана на різних штамах біфідобактерій талактобацил. Біфідо- та лактобактерії займають провідне місце, підтримуючибаланс та стабілізуючи гомеостаз за рахунок надійної адгезії до слизовоїоболонки кишечника, визначаючи основні локуси існування для іншихмікроорганізмів. Обидва види бактерій продукують молочну кислоту,визначаючи стан кислотності у шлунково-кишковому тракті та на слизовихоболонках статевих шляхів. Вони продукують бактеріоцини, які маютьантимікробну дію проти потенційно патогенних штамів кишкової мікрофлори,мають сильні антагоністичні властивості по відношенню до багатьох умовнопатогенних і патогенних мікроорганізмів, попереджають колонізацію і розвитокпатологічних процесів; відповідають за теплове забезпечення організму таенергозабезпечення епітелію; регулюють перистальтику кишечника, підтримуютьіонний гомеостаз; виводять екзогенні та ендогенні субстрати з організму;стимулюють імунну систему та місцевий імунітет; підтримують фізико-хімічніпараметри гомеостазу приепітеліальної зони; приймають участь упротипухлинному нагляді та синтезі вітамінів, ферментів, антибіотиків,гормоноподібних субстанцій, незамінних амінокислот, низькомолекулярнихжирних кислот, пептидів, сигнальних молекул, у тому числі нейротрансміттерів[8].Кожен вид бактерій також виконує специфічні функції. Так біфідобактеріїрегулюють морфофункціональний стан слизової оболонки каналу травлення ійого моторно-евакуаторну функцію, перешкоджають проникненню мікробів уверхні відділи та інші внутрішні органи (за рахунок колонізаційноїрезистентності). Молочна та оцтова кислоти, які продукують біфідобактеріїстворюють у кишечнику кислу реакцію, яка попереджає розмноженнюпатогенної, гнилісної та газоутворюючої мікрофлори [18]. Біфідобактерії здатнівиділяти бактеріоцини (біфідин та біфілонг), які проявляють антимікробнуактивність по відношенню до багатьох видів ентеробактерій, вібріонів,стрептококів та стафілококів [19].Лактобактерії приймають участь у гідролізі вуглеводів, продукують лізоцим,лактоцидин, ацидофілін, перекиси, антибіотики та бактеріоцини [18];пригнічують розвиток синьогнійної палички, стафілококів, ешерихій, протею,деяких видів шигел, сераций, сальмонел, стрептококів; перетворюють холестерину копростанол [20].Мета досліджень, постанова проблеми. Провівши аналіз останніхдосліджень та літератури, можна зробити висновок, що в сучасних умовах життяПР є важливим та необхідним інструментом захисту здоров’я людини. У зв’язку зцим виникає необхідність створення комплексу заходів направлених назабезпечення населення ефективними, безпечними та доступними засобамикорекції мікробіоценозу, створеними на основі місцевих біоваріантів; розробкуконцепції використання ПР у харчуванні людей та профілактиці захворюваньшлунково-кишкового тракту в масовому масштабі.Приймаючи закордонні препарати-ПР слід враховувати, що найбільш високуефективність мають ПР, основу яких складають «місцеві» штамимікроорганізмів. Принциповою перевагою вітчизняних ПР є адаптованістьISSN 2079.3944. Вісник НТУ “ХПІ». 2012. №44(950)75

штамів, які є їх основою, до української популяції населення. Тому недостатнякількість вітчизняних препаратів є великим недоліком українськоїбіотехнологічної промисловості.Слід зупинитися ще на одній формі випуску ПР. В останній час достатньошироко представлені препарати ПР, зокрема, лактобактерій та біфідобактерій урідкому вигляді. Дана форма має ряд переваг: в більш короткий термін комплексбактерій пригнічує активність патогенної мікрофлори; попереджає проникненнюв організм ендотоксинів, відновлюючи захисну біоплівку на всіх слизових. Ефектпов’язаний з тим, що біфідобактерії та лактобацили потрапляють в організмлюдини в «нативному» стані і не підлягають змінам у процесі технологічноїобробки, наприклад, ліофільного висушування. Бактерії при ліофілізації значнозмінюють свою активність, знаходячись у стані анабіозу і відновлення активностінаступає лише після 3 – 5 розмножень, потрапляючи у сприятливе длярозмноження середовище. Доволі часто бактерії просто не встигають це зробити,потрапивши, у сухому вигляді, у кишечник, та виводяться з каловими масами. Їмнеобхідно 8 – 10 годин для переходу в активний фізіологічний стан, що непотрібно при використанні рідкої форми ПР. За нашими даними, при прийомібіфідобактерій вони зберігають життєздатність, проходячи через шлунок вкишечник, і визначаються через 8 годин після прийому у дистальних відділахповздошної кишки у кількості, яка складає 35 – 40% від загальної кількостібактерій. Однак недоліком такої форми є невеликий термін збереженняпрепарату.Матеріали досліджень. Не можливо не звернути увагу ще на один напрямок– створення препаратів на основі безклітинних компонентів ПР. Деякі виробникипрепаратів ПР передбачають очищення від середовища культивування іметаболітів, що дозволяє, на їх думку, уникнути неприємного запаху та смаку,який притаманний ПР. Однак висока концентрація біологічно активнихкомпонентів, до числа яких відносяться бактеріоцини, протеази та ін. дозволяютьрозглядати культуральну рідину ПР як перспективний матеріал для розробки найого основі лікарських препаратів та біологічно активних добавок. Безклітинніпродукти на основі ПР-бактерій можна оцінювати як різновидність ПРпрепаратів.Безклітинний мікробний ПР-продукт – нове покоління препаратів наоснові метаболітів і структур ПР-штамів та ізолятів. Розроблюються принциповонові метаболіти для ПР, наприклад, при одночасній участі лактобацил табіфідобактерій і людини.Метою наших дослідів є вивчення антибактеріальної та імуностимулюючоїактивності продуктів метаболізму бактерій. У роботі був дослідженийстерильний фільтрат культуральної рідини (СФКР) B.bifidum 1 і L.plantarum 8P-A3 у співвідношенні 1:2. Кислотність фільтрату 228 0 Т. У роботі було проведенодві групи експериментів.1. При вивченні імуностимулюючої активності мишам одноразовопідшкірно вводили анатоксин стовбняку у дозі 0.2 мл (2 ЕС). Тваринам протягом21 доби вводили (СФКР) внутрішньочеревно (в/ч) чи per os у дозі 0.5 мл.Контрольній групі мишей (50 тварин) СФКР не вводили. Далі тваринам в/чвводили анатоксин стовбняку у дозі 50 dlm і спостерігали за виживанням тваринISSN 2079.3944. Вісник НТУ “ХПІ». 2012. №44(950)76

протягом 7 діб. Виявлено, що у контрольній групі виживання мишей становило62%. У той же час, у групі тварин, які отримували СФКР виживання було вище:76% при введенні per os та 88% при введенні в/ч. Продукти життєдіяльностібактерій при введенні тваринам, імунізованим вакциною, підвищують імуннувідповідь на введений антиген.2. При вивченні антибактеріальної активності у якості тест-штамувикористовували культуру Sh.Flexneri у дозі 200 млн. Дослідження проводили задвома напрямками: мишам вводили суміш культури і СФКР у співвідношенні 1:1чи в/ч заражували тварин у дозі 0.1 мл, з послідуючим введенням СФКР в/ч у дозі0.5 мл протягом 7 діб. Контрольній групі вводили лише культуру Sh.Flexneri.Виявлено, що використання СФКР приводить до зниження летальності у мишейпри інкубації патогенних бактерій і СФКР. У порівнянні з контролем летальністьбула знижена на 25 – 30%. На нашу думку, продукти, які накопичуються усередовищі культивування, бактеріоцини, кислоти, адгезини, ферменти,блокують патогенну мікрофлору, захищаючи таким чином організм зараженихтварин від загибелі.Результати досліджень. Проведені дослідження демонструють високубіологічну активність продуктів життєдіяльності штамів ПР і можливістьстворення препарату, який матиме імуностимулюючу та антибактеріальну дію наоснові біологічно активних сполук, які секретують мікроорганізми. Крім того, недоцільно при отриманні препаратів ПР проводити відокремлення бактерій відкультуральної рідини, звільнюючи їх від продуктів метаболізму.Висновки. Створення та широке впровадження в медицину високоякіснихПР на основі українських біоваріантів фізіологічної мікрофлори, споріднених добіоценозів жителів України є актуальним та важливим завданням. У зв'язку з цимважливим є розробка комбінованих ПР, що містять різні види бактерій, у першучергу, біфідобактерії та лактобацили. У багатьох клінічних дослідженняхнаведено ефективність комбінацій, що мають комплексний механізм дії, навідміну від монопрепаратів, які дуже часто виявлялися неефективними. ПРпрепарати,що містять біфідобактерії та лактобацили, надаватимуть вираженийлікувальний ефект по всій довжині кишечника, оскільки вони концентруються, восновному, у товстому відділі кишечника, а лактобактерії – у тонкому [21]. Саметому метою нашої подальшої роботи є створення високоефективногополікомпонентного ПР-препарату з додаванням пребіотичного компоненту.Список літератури: 1. Уголев А. М. Теория адекватного питания и трофология. – Санкт-Петербург, 1991. – 305 с. 2. Мечников И. И. Этюды оптимизма. – М., 1988. – 327 с. 3. Parker R.Amin. Nutr. Health. – 1974. – 29. – P. 4 – 8. 4. Fuller R. Probiotics in man and animals // J. Appl.Bacteriol. 1989. – 66. – P. 365 – 378. 5. Gibson G. R., Robefroid M. B. Dietary modulation of thehuman colonic microbiota: Introducing the concept of prebiotics // J. Nutr. – 1995. – 125, №6. – P.1401 – 1412. 6. Шендеров Б. А. Микроэкологическая токсикология: Реальность, проблемы иперспективы // Антибиотики и микроэкология человека и животных. – М., 1988. – С. 32 – 40. 7.Шендеров Б. А., Манвелова М. А., Степанчук Ю. Б. и др. Пробиотики и функциональноепитание // Антибиотики и химиотерапия. – 1997. – 42, №7. – С. 30 – 34. 8. Дехтяренко Н. В.,Шинкаренко Л. М., Дуган О. М. Критерії відбору пробіотичних штамів мікроорганізмів //Наукові записки. Біологія та екологія. 2007. Т 67. С. 30 – 36. 9. Смирнов В. В., Коваленко Н. К.,Подгорский В. С., Сорокулова И. Б. Пробиотики на основе живых культур микроорганизмов.ISSN 2079.3944. Вісник НТУ “ХПІ». 2012. №44(950)77

Микробиол. журн. 2002. – 64, №4. – с. 62 – 80. 10. Коваленко Н.К. Кисломолочные продукты,их качество и влияние на здоровье человека. Проблеми харчування. 2003. - №1. – с. 78 – 81. 11.ДСТУ 2212-93 «Молочна промисловість. Молоко і кисломолочні продукти. Терміни тавизначення». // Держстандарт України. Київ; 1993. – с 2. 12. Григоров Ю. Г., Коркушко О. В.,Семесько Т. М. и др. Влияние нового кисломолочного продукта «Лактогеровит» на показателиздоров’я людей старших возрастов // Проблемы старения и долголетия. – 1994. – 4. – С. 105 –113. 13. Коваленко Н. К., Касумова С. А., Тиньянова Н. З. и др. Использованиеселекционированных штаммов молочнокислых бактерий для получения лечебнопрофилактическихпродуктов // Антибиотики и колонизационная резистентность: ТрудыВНИИА. – М., 1990. – Вып ХІХ. – С. – 182 – 185. 14. Бондаренко В. М., Грачева Н. М.Пробиотики, пребиотики и синбиотики в терапии и профилактике кишечных дисбактериозов //Фарматека. 2003. № 7. С. 56-63. 15. Охотникова Е. Н. Микробиоценоз кишечника: Основныепонятия, нарушения и их коррекция // Фах педіатрія. 2010. №7. С. – 28 – 36. 16. Смирнов В. В.,Коваленко Н. К. и др. Пробиотики на основе живых культур микроорганизмов //Мікробіологічний журнал. 2002, Т.64, №4. С. – 62 – 80. 17. Н. І.Філімонова, О. М.Дика та ін..Основні властивості пробіотиків та жовчорезистентність // Клінічна фармація. 2011. – Т.15,№2. С. 38 – 40. 18. Шендеров Б. А. Медицинская микробная екологія и функциональноепитание. Т. 1, Т. 3.: Пробиотики и функциональное питание. — М.: ГРАНТЪ, 2001. 19.Бондаренко В. М., Грачева Н. М., Мацулевич Т. В. Дисбактериозы кишечника у взрослых. —М.: КМК Scientifi c Press, 2003. — 224 c. 20. Христич Т. Н. Микробиоценоз кишечника:механизмы развития, клиника дисбиоза и возможная коррекция его нарушений // Сучаснагастроентерологія. 2010. №1(51). С. 86 – 91. 21. Гордієнко П. А., Чуєшов В. І. Розробка складута технології таблеток-ядер комбінованого пробіотика // Фармаком. 2009, №3. С. 19 – 23.УДК 579.61Биотехнологические аспекты создания препаратов на основе пробиотиков / ХижнякО. С., Краснопольский Ю. М..// Вестник НТУ «ХПИ». Серия «Новые решения в современныхтехнологиях». – Харьков: НТУ «ХПИ». – 2012. - № 44(950). С. 72 – 78.Рассмотрена классификация пробиотических и пребиотических препаратов, приведенперечень препаратов, представленных на украинском рынке пробиотиков. Показана рольпробиотических препаратов, выполняемая ими в организме. Отдельно представленыхарактеристики бифидобактерий и лактобацилл. Рассмотрены аспекты создания препаратов наоснове бесклеточных компонентов пробиотиков Доказана необходимость разработкикомбинированных препаратов на основе местных биовариантов. Из.: 0. Библиогр.: 21 назв.Ключевые слова: пробиотики, пребиотики, симбиотики.UDC 579.61Biotechnological aspects of creating drugs based on probiotics/ Khizhnyak O.,Krasnopolsky Y. // Вulletin of NTU "KhPI". Subject issue: New desicions of modern technologies. –Kharkov: NTU “KhPI”. – 2012. - № 44(950). P. 72 – 78.Reviewed the classification of drugs, a combination of prebiotic and Probiotic is a list of theproducts presented on the Ukrainian market of probiotics. The role of probiotic preparations carriedout by them in the body. Separately considered characteristics of bifidobacteria and Lactobacilli.Reviewed aspects of production drugs on basis of noncellular components of probiotics.Demonstrated the need to develop combined preparations on the basis of local biovariants. . Im.: 0:DBMS is drawn is developed.: 21Keywords: probiotics, prebiotics, simbiotiks.Надійшла до редакції 31.07.12ISSN 2079.3944. Вісник НТУ “ХПІ». 2012. №44(950)78

УДК 504.054;502.34;504.064;504.4.054;351.777.6;628.312.3;349.6В. И. УБЕРМАН, канд. техн. наук, вед.. научн. сотр., УкрНИИЭП, Харьков;Л. А. ВАСЬКОВЕЦ, канд. биол. наук, доц., НТУ "ХПИ", ХарьковЭКОЛОГО–ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА СВЕРХНОРМАТИВНЫХСБРОСОВ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВРассматривается способ включения в действующую методику расчета размеров возмещенияубытков, причиненных государству сверхнормативными сбросами, характеристик опасностивеществ, содержащихся в возвратной воде. Предлагаются подходы, концептуальные модели ирасчетные процедуры количественного определения опасности для водопользованиямногокомпонентных сбросов, соответствующие современным представлениям и повышающиеэффективность государственного контроля сбросов возвратных вод. Ил.: 0. Библиогр.: 14 назв.Ключевые слова: возвратная вода, сбросы, нормативы, убытки, штрафы.Общая задача исследования и ее актуальность. Заключительным звеномсистемы государственного регулирования сбросов загрязняющих веществявляется установление факта нарушения законодательства об охране ирациональном использовании водных ресурсов и определение размероввозмещения убытков, нанесенных государству в соответствии с Методикой [1].Методика используются для установления фактов сверхнормативных сбросовзагрязняющих веществ, квалификации соответствующих правонарушений ипреступлений, обоснования исков о возмещенни убытков и др. В частности, наосновании Методики только за последние два года различными формами иуровнями судопроизводства Украины принято около 650 решений ипостановлений. Однако их анализ показал, что значительная часть исков кводопользователям не получает судебного удовлетворения и государству невозмещаются убытки, связанные с нарушением нормативов сбросовзагрязняющих веществ. Это свидетельствует о низком арбитражном эффектегосударственного экологического контроля. В связи с этим исследования,направленные на повышение арбитражной эффективности государственногоконтроля соблюдения установленных нормативов сброса загрязняющих веществ,являются актуальными и практически значимыми.Общая задача исследования заключается в определении причин низкогоарбитражного эффекта экологического контроля сбросов загрязняющих веществи разработке путей его повышения.Нерешенные части общей проблемы. Около 90 % нарушений,обнаруженных контролирующими органами, составляют сверхнормативныесбросы загрязняющих веществ с возвратными водами. Они подлежат оценке всоответствии с Методикой. Ее структура включает эколого-контрольную иэколого-экономическую части. Первая часть и связанные с ней проблемырассматривались в [2]. Основная цель эколого-экономической части –определение размеров возмещения убытков, нанесенных государству вследствиесброса загрязняющих веществ в водный объект с возвратными водами с© В.И. УБЕРМАН, Л.А ВАСЬКОВЕЦ, 2012ISSN 2079.3944. Вісник НТУ “ХПІ». 2012. №44(950)79

превышением предельно допустимого сброса (ПДС). Центральным пунктом вэтой части является эколого-экономический эквивалент, который определяетсядля каждого загрязняющего вещества и обозначается «(гамма) – удельныйэкономический убыток от загрязнения водных ресурсов, отнесенный к 1 тоннеусловного загрязняющего вещества, грн/т». Этот эквивалент определяетсяспецифическим для каждого вещества «показателем относительной опасности»,вводимым простым соотношением А i = 1/ПДК i , где «ПДК i – безразмернаявеличина, численно равная ПДК i загрязняющего вещества в воде водного объектасоответствующей категории». При дальнейшем использовании каждое А iумножается на сверхнормативную массу вещества i, а произведениясуммируются. Таким образом, относительные опасности всех веществ в составесуммы рассматриваются как однородные (одноприродные).Наибольшее количество возражений водопользователей в рамках судебныхисков, связанных с возмешением убытков, нанесенных государству,концентрируется вокруг указанного эквивалента. Обоснованность,правомерность, научное содержание, методическая и техническая корректностьпоказателя А i являются наиболее спорными и принадлежат к нерешенным частямуказанной проблемы.Анализ последних результатов и публикаций, в которых начаторешение проблемы. Предшественником и прототипом современной Методикиявляется [4]. Именно там содержалось понятие об А i – показателе относительнойопасности веществ, который определяется из соотношения 1/С пдк , где С пдк –предельно допустимая концентрация этого вещества в соответствии с СанПиН N4630-88 и Обобщенным перечнем ПДК вредных веществ для водырыбохозяйственных водоемов. Такой подход игнорирует различную природу иобъектную направленность опасности различных загрязняющих веществ. Всоответствующих документах Российской Федерации [5,6] экологическаяопасность веществ в виде специального отдельного показателя не представлена.Она учитывается иным образом: через таксы для исчисления размера вреда отсброса i-го вредного (загрязняющего) вещества в водные объекты, определяемыев тыс. руб./т в соответствии со специальной таблицей с дифференциацией дляопределенных интервалов ПДК р/х веществ. Кроме того используетсякоэффициент, учитывающий интенсивность воздействия вредных(загрязняющих) веществ на водный объект, устанавливаемый в зависимости откратности превышения. фактической концентрацией вредного (загрязняющего)вещества при сбросе над его ПДК р/х . Методика направлена на реализациюдирективы Европейского Парламента и Совета [3], однако в тексте последнейсоответствий не прослеживается.Цель и задачи исследований. Целью данной работы является обоснованиепутей и разработка методов улучшения и коррекции эколого-экономическойчасти Методики [1], учитывающих существующие и широко используемые вэкологической практике представления об экологической опасностизагрязняющих веществ. К основным задачам работы относятся: 1) анализправомерности, обоснованности и адекватности использованных в Методикепонятий и аппарата опасности на основании ПДК веществ; 2) разработкаISSN 2079.3944. Вісник НТУ “ХПІ». 2012. №44(950)80

концептуальной модели и формального аппарата для учета экологическойопасности загрязняющих веществ в эколого-экономической части Методики,пригодных для выполнения расчетных процедур оценки установившихсянарушений сброса. Объектом данного исследования служит экологоэкономическаячасть базового и измененного варианта Методики [1], апредметами исследования – экологические концептуальные основы, нормативнометодическиетребования и расчетные соотношения этой части.Экологическая опасность загрязняющих веществ. При поступлениизагрязняющих веществ в водный объект экологическая опасность возникает врезультате нарушения нормативов качества воды – ПДК. В [1] оценкаэкологической опасности сточных вод проводится исходя из ПДК длясоответствующего водопользования. Однако расчеты на основе ПДК, независимоот фактической концентрации вещества в сточной воде, не могут характеризоватьвозвратную воду, т.к. сфера применения нормативов ПДК – вода водныхобъектов. Это означает, что в Методике нормативы концентраций веществ в водеводного объекта ошибочно применены к сбрасываемой (возвратной) воде.Научно-методическая ошибка приводит к подмене объектной направленностипоказателя относительной экологической опасности загрязняющих веществ и кнарушению правомерности расчетов экономических убытков нанесенныхгосударству. В тоже время в российских аналогах [5,6] коэффициентинтенсивности негативного воздействия является сравнительной (бинарной)характеристикой двух категорий воды, выраженной в кратностях превышенияконцентраций.Кроме того, научное содержание экологической опасности обесцениваетсяошибкой, связанной с размерностью величин в основной формуле (15) Методики:определением ПДК і , как безразмерной величины. Эта ошибка присутствовала и впрототипе [4] в течение всего времени его использования. Её природа изложена вработе [7], где было введено понятие «… относительной токсичностизагрязняющего вещества i, определяемой по значению коэффициентатоксичности А i . Значение коэффициента токсичности А i выражалось черезтоксичность сульфата аммония, для которого значение предельно-допустимойконцентрации (ПДК) установлено на уровне 1 мг/л: А i = ПДК сульфата аммония(мг/л) / ПДК i (мг/л)». При этом идет речь о ПДК для рыбохозяйственных водныхобъектов. То есть, ни о какой безразмерности ПДК i в формуле (15) говорить неприходится. Компонента экологической опасности в формуле (15) Методикисостоит из «рассчитываемой» (объективной) и «принимаемой» (субъективной)частей. К последней относятся указания: 1) «для веществ с ПДК равной единицеи больше в числителе вводится поправочный коэффициент 10 (А i = 10/ПДК)»; 2)«для веществ, по которым отсутствует величина предельно допустимойконцентрации, показатель относительной опасности А принимается равным 500,а при ПДК «отсутствие» – 10000». Второе указание арбитражно наиболееуязвимо, так как с ним связано большинство возражений водопользователей.Практическое применение Методики сопровождалось серией отраслевыхписем 2006–2009 гг. [8], в которых контролирующий орган директивно указывалПДК загрязняющих веществ в воде водного объекта рыбохозяйственногоISSN 2079.3944. Вісник НТУ “ХПІ». 2012. №44(950)81

водопользования, применяющиеся для определения А i в формуле (15). Вдействующем на данное время письме [8] содержатся указания о ПДК наиболеераспространенных веществ, нормирумых во всех случаях сброса возвратных вод:растворенный кислород, взвешенные вещества, минерализация, сульфаты,хлориды, азот аммонийный, нитраты, нитриты, фосфаты, нефтепродукты, БПК 5 ,ХПК. Кроме того указывается, что ПДК «не установлено» для трех веществ азотаммонийный, БПК 5 , ХПК, для которых принимается А i = 500.В Методике присутствует терминологическая путаница, связанная сопределением «веществ, по которым отсутствует величина предельнодопустимой концентрации», что приводит к неверному установлению показателяотносительной опасности А i . При этом возникают две возможности: 1) ПДК дляданного вещества необходима в соответствии со ст. 41 ВКУ, но на данныймомент ещё не разработана и не установлена; 2) ПДК для данного вещества неявляется необходимой, т.е. вещество (показатель) не принадлежит кнормируемым на основании системы ПДК. В директивных письмах втораявозможность игнорируется, а отсутствие ПДК рассматривается как «неустановлено», что влечет за собою принятие произвольного и нереальнобольшого значения показателя относительной опасности (А i = 500). В этом случаеводопользователь экономически наказывается за совершение искусственногонарушения. В российском аналоге [5] оба варианта различаются.Из определения рассчитываемой части компоненты экологическойопасности следует, что её расчет должен основываться на официальной ПДК. Вкачестве примера нарушения этого требования можно указать на важныйпоказатель «фосфаты», для которого в [8] директивно указана ПДК=0,17 мг/дм 3 .Проблемы, связанные с этим показателем, исследованы в [9], где показано, чтотребование о применении ПДК для водных объектов рыбохозяйственноговодопользования для фосфатов на уровне 0,17 мг/дм 3 неправомерно, не имеетнаучного обоснования, основывается на принципиальных ошибках и являетсяведомственным произволом.Аналогично, значение ПДК р/х = 1000,0 мг/дм 3 для показателя«минерализация» также следует рассматривать как неправомерное, т.к. оно несоответствует законодательным требованиям к порядку определения иустановления нормативов ПДК: 1) указанный норматив не разрабатывался и неутверждался для целей регулирования сброса возвратных вод; 2) происхождениенорматива не связано со специально уполномоченным органом исполнительнойвласти по вопросам рыбного хозяйства; 3) отсутствует согласование нормативасо специально уполномоченным органом исполнительной власти по вопросамэкологии и природных ресурсов; 4) норматив появился в результате превышенияполномочий контролирующим органом. Этот вывод подтверждается в табл. 4.1,стр. 25, базового нормативно–справочного источника технической информации[10], где для величины показателя «минеральный состав воды» водоемоврыбохозяйственного назначения используется формула требования «ненормируется».Применение к «азоту аммонийному» показателя относительной опасности А i= 500 противоречит гидрохимической природе этого вещества, научным даннымISSN 2079.3944. Вісник НТУ “ХПІ». 2012. №44(950)82

и является необоснованным. Соответствующая ПДК должна определяться изПДК = 0,5 мг/дм 3 , установленной для аммония солевого, по содержанию азота вионе аммония NH 4 + . Она равна 0,39 либо приблизительно 0,4 мг/дм 3 .Ошибочная директива писем о необходимости принимать показательотносительной опасности для БПК 5 А i = 500, основываясь на том, что ПДК дляБПК 5 «не установлена». В приложении 1 к [11] указывается, что для нуждрыбного хозяйства БПК полн = 3 мгО 2 /дм 3 . Из научной и нормативно-техническойлитературы известно, что БПК 5 является частью БПП полн ≈ БПК 20 , т.е. БПК 5

концентрацию либо ориентировочно безопасный уровень воздействия,применяются ставки налога с наименьшей величиной предельно допустимойконцентрации, приведенной в п. 245.2. Соответствующая ставка составляет 84033грн./т, т.е. почти в 262 раза больше, чем для БПК 5 . Однако применение этоготребования приводит к противоречию. Учитывая соотношение БСК

Опасности различных веществ в составе одинаковых ЛПВ должныскладываться, т.е. однопризнаковая опасность всей массы веществ в составе i–гоЛПВ определяется выражением:где – M ij масса сверхнормативного сброса вещества (ij), (гамма) –проиндексированный удельный экономический убыток, грн/т, в измененномварианте Методики. Наиболее проблемным является определение комплексной(интегральной) опасности по совокупности ЛПВ. Для этой цели предлагаетсякомплексный показатель, основанный на векторной модели взаимодействияразличных ЛПВ, учитывающей местную специфику водопользования при оценкевредного действия многопризнаковой совокупности веществ набором (p 1 ,…,p 5 )значений «важности» отдельных ЛПВ следующим образом:где GMA – обозначает последний сомножитель в формуле (12) п. 7.1измененного варианта Методики. В простейшем случае все «важности»одинаковы (p i = 1, i = 1,2,…,5).Выводы и направления дальнейших исследований. Основнаягосударственная Методика, в соответствии с которой устанавливаютсяэкономические санкции за нарушения нормативов сбросов загрязняющихвеществ, содержит существенные недостатки. Научные, методические ирасчетные ошибки в эколого-экономической части Методики связаны с оценкойопасности сбрасываемых веществ для водопользования. Эти недостатки снижаютэффективкость использования Методики, фактически уничтожают объективностьоценки и обесценивают её значение для определения убытков отсверхнормативных сбросов загрязняющих веществ. Указанные в данной работепринципиальные ошибки могут быть устранены лишь при коренной переработкеМетодики. Предложенные подходы, концептуальные модели и расчетныепроцедуры для учета и количественного определения экологической опасностимногокомпонентных сбросов, позволяют объективно и научно обоснованноприменять Методику в системе государственного контроля для определенияубытков от сброса загрязняющих веществ с возвратной водой. Дальнейшиеисследования в направлении совершенствования Методики должны относиться квеличине финансового эквивалента сверхнормативных сбросов веществ.Список литературы: 1. Методика розрахунку розмірів відшкодування збитків, заподіянихдержаві внаслідок порушення законодавства про охорону та раціональне використання воднихресурсів (затв. наказом Мінприроди України 20.07.2009 № 389, зареєстр. в Мінюсті України 14ISSN 2079.3944. Вісник НТУ “ХПІ». 2012. №44(950)85

серпня 2009 р. за № 767/16783) (із змінами). 2. Уберман В. И. Определение и оценка нарушенийнормативов сброса возвратных вод / В. И. Уберман, Л. А. Васьковец // Вісник НТУ «ХПІ». – 2012. –Вип. 34. – С. 131–137. 3. Directive 2006/11/EC of the European Parliament and of the Council of 15February 2006 on pollution caused by certain dangerous substances discharged into the aquaticenvironment of the Community (Codified version) // Official Journal of the European Union. –4.3.2006. – L 64. – P. 52–59. 4. Методика розрахунку розмірів відшкодування збитків,заподіяних державі внаслідок порушення законодавства про охорону та раціональневикористання водних ресурсів (затв. наказом Міністерства охорони навколишньогоприродного середовища та ядерної безпеки України від 18 травня 1995 року N 37). 5. Методикаисчисления размера вреда, причиненного водным объектам вследствие нарушения водногозаконодательства (утв. приказ Минприроды РФ от 30 марта 2007 г., зарегистр. в Минюсте РФ15 мая 2007 г., рег. № 9471). 6. Методика исчисления размера вреда, причиненного воднымобъектам вследствие нарушения водного законодательства (утв. приказ Минприроды России от13 апреля 2009 г. № 87). 7. Идентификация и оценка источников загрязнения водных объектов(«горячих точек») в бассейне Днепра на территории Украины / Романенко В.Д., Афанасьев С.А., Васенко А. Г. и др. / Под ред. А. А. Галяпы. – К. : Изд. ПолиграфКонсалтинг, 2004. – 282 с. 8.Лист Першого заступника головного державного інспектора України з охорони навколишньогоприродного середовища від 22.02.2010 р. № 3-8/2541/0/8-10, 239ф, 66, 19853/0/8-09 «Щодозастосування Методики». 9. Уберман В. И. Нормирование сбросов фосфатов на основеэкологических ПДК / В. И. Уберман, Л .А. Васьковец // Вісник НТУ «ХПІ». – 2012. – Вип. 34. – С.131–137. 10. Канализация населенных мест и промышленных предприятий: Справочникпроектировщика / Лихачев Н. И., Ларин И. И., Хаскин С. А. и др.; под общ. ред. В. Н. Самохина.– 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Стройиздат, 1981. – 639 с. 11.Правила охраны поверхностныхвод (типовые положения) (утв. Госкомприроды СССР от 21 февраля 1991 г.). 12. Інструкціящодо заповнення форми № 2-ТП (водгосп) (затв. наказом Держкомстату України від 30.09.1997р. № 230, зареєстр. в Міністерстві юстиції України 16 жовтня 1997 р. за № 480/2284). 13.Перелік забруднюючих речовини, скидання яких нормується (затв. постановою КабінетуМіністрів України від 11 вересня 1996 р. N 1100). 14. Обобщенный перечень предельнодопустимых концентраций (ПДК) и ориентировочно безопасных уровней воздействия (ОБУВ)вредных веществ для воды рыбохозяйственных водоемов / Минрыбхоз СССР, Главрыбвод. –М.: ВНИИРО, 1990. – 47 с.УДК 504.054;502.34;504.064;504.4.054;351.777.6;628.312.3;349.6Еколого–економічна оцінка наднормативних скидів забруднюючих речовин /Уберман В. І., Васьковець Л. А. // Вісник НТУ «ХПІ». Серія: Нові рішення в сучаснихтехнологіях. –Харьків: НТУ «ХПІ». – 2012. – №44(950). – С. 79 – 87.Розглядається спосіб включення у чинну методику розрахунку розмірів відшкодуваннязбитків, спричинених державі наднормативними скидами, характеристик небезпечностіречовин у зворотній воді. Пропонуються підходи, концептуальні моделі та розрахунковіпроцедури для кількісного визначення екологічної небезпеки для водокористуваннябагатокомпонентних скидів, що відповідають сучасним уявам та підвищують ефективністьдержавного контролю скидання зворотних вод. Іл.: 0. Бібліогр.: 14 назв.Ключові слова : зворотна вода, скиди, нормативи, збитки, штрафи.UDC 504.054;502.34;504.064;504.4.054;351.777.6;628.312.3;349.6Environmental protection assessment of damages caused by exceedings of limits of pollutedsubstances discharges / Uberman V., Vaskovets L. // Bulletin of NTU “KhPI”. Subject issue : NewDecisions of Modern Technologies. – Kharkov : NTU “KhPI”. –2012. – № 44(950)– P. 79 – 87.Considered the way to include into existing methodology for calculating the size of damagescaused to the state from exceedings of limits of polluted substances discharges the characteristics ofdanger from substances contained in the returned water. Scientific approaches, conceptual models andISSN 2079.3944. Вісник НТУ “ХПІ». 2012. №44(950)86

computational procedures for quantify risk to waterbody usage caused of multisubstance wastewaterdischarges, corresponding to modern ideas and improve the efficiency of state control of return waterdischarges is proposed. Im.: 0. Bibliogr.: 14.Key words : waste waters, discharges, limits of pollution, damages, penalties.Надійшла до редакції 15.08.2012УДК 547.495:547.93В. Г. ШТАМБУРГ, д-р хим. наук, проф., ГВУЗ «УГХТУ», Днепропетровск;О. В. ШИШКИН, д-р. хим. наук, проф, ГНУ НТК «Институтмонокристаллов» НАН Украины, Харьков;А. В. ЦЫГАНКОВ, канд. хим. наук, доц., Кировоградская летная академияНАУ;Р. И. ЗУБАТЮК, ст. научн. сотр. ГНУ НТК «Институт монокристаллов»НАН Украины, Харьков;Е. А. КЛОЦ, канд. хим. наук, доц., Кировоградский национальныйуниверситет им. В. Винниченко;В. В. ШТАМБУРГ, канд. хим. наук, ст. препод., НТУ «ХПИ», ХарьковВЛИЯНИЕ ПРИРОДЫ АЛКОКСИГРУППЫ ПРИ АТОМЕ АЗОТА НАПРОТЕКАНИЕ АЛКОГОЛИЗА N-ХЛОР-N-АЛКОКСИМОЧЕВИН И N-АЦИЛОКСИ-N-АЛКОКСИМОЧЕВИНУстановлено, что природа алкоксигруппы при атоме азота в N-ацилокси-N-алкоксимочевинах,оказывает заметное влияние на строение этих соединений, в частности на степеньпирамидальности и конформацию молекулы, что, соответственно, влияет, в отдельныхслучаях, на их химические свойства, а именно на возможность протекания нуклеофильногозамещения у атома азота при изопропанолизе. Ил.: 10 Библиография : 9.Ключевые слова: N-хлор-N-алкоксимочевины, N-ацилокси-N-алкоксимочевины,нуклеофильное замещение, реакции алкоголиза, N,N-диалкоксимочевины.Вступление: В N-хлор-N-алкоксимочевинах [1-4] и N-ацилокси-Nалкоксимочевинах[2] атом хлора и ацилоксигруппа, соответственно, обладают«анионной подвижностью», тоесть являются потенциальнымиAlkнуклеофугами в реакциях данных O. .соединений c нуклеофильнымиOреагентами, например со спиртами.NВозможность нуклеофильногозамещения как атома хлора, так иацилоксигруппы обусловленаорбитальным взаимодействием(аномернымэффектом)n O(Alk) →* N-X , где X = Cl, OC(O)R[5, 6], которое дестабилизируетсвязь N-Х (рис 1).N H 2XX = Cl, O RРис. 1. Аномерный эффект в N-X-Nалкоксимочевинах[5, 6] n O(Alk) →σ* N-Cl© В.Г. ШТАМБУРГ, О.В. ШИШКИН, А.В. ЦЫГАНКОВ, Р.И. ЗУБАТЮК, Е.А. КЛОЦ, В.В. ШТАМБУРГ, 2012ISSN 2079.3944. Вісник НТУ “ХПІ». 2012. №44(950)87O

Анализ последних исследований и литературы: Продолжая изучениеалкоголиза незамещенных N-хлор-N-алкоксимочевин с целью установитьвозможные ограничения этого удобного способа получения N,N-диалкоксимочевин [1], мыисследовали протеканиеметанолиза и изопропанолизаN-хлор-N-метоксимочевины 1 иN-хлор-N-этоксимочевины 2 вприсутствии AcONa. Приметанолизе N-хлор-Nметоксимочевины1 селективнообразуетсяN,Nдиметоксимочевина3, а из N-хлор-N-этоксимочевины 2 свысоким выходом получаетсяN-этокси-N-метоксимочевина 4(рис. 2).N H 2N H 2OOClN1ClN2OMeOEtMeOH, AcONaMeOH, AcONaN H 2N H 2OOOMeN92%NOMeOMe3OEt65%Рис. 2. Метанолиз N-хлор-N-алкоксимочевин вприсутствии ацетата натрияЦель исследований и постановка проблемы: Исследовать реакцииизопропанолиза для различных N-хлор-N-алкоксимочевин и N-ацилокси-Nалкоксимочевин.Материалы исследований: N-хлор-N-алкоксимочевины, N-ацилокси-Nалкоксимочевины,реакции алкоголиза, N,N-диалкоксимочевины. Структурыполученных веществ доказаны методами ЯМР1 Н-спектроскопии, массспектрометрии,для некоторых веществ – рентгено-структурный анализ.Результаты исследований: В аналогичных условиях, изопропанолиз N-хлор-N-этоксимочевины 2 приводит в основном к образованию N-ацетокси-Nэтоксимочевины5, а N-изо-пропилокси-N-этоксимочевина 6 образуется лишь внебольших количествах (рис. 3).N H 2OClNOEti-PrOH, AcONaN H 2OAcO2 30% 5NOEt+N H 2NO3% 6OPr-iРис. 3. Поведение N-хлор-N-этоксимочевины в среде изопропанола вприсутствии ацетата натрияПреимущественное образование N-ацетокси-N-этоксимочевины 5 приизопропанолизе мочевины 2 можно объяснить образованием продуктовнуклеофильного замещения 5 и 6 по S N 2 механизму. Бóльшая нуклеофильнаяактивность аниона AcO - по сравнению с изопропанолом, являющимсянезаряженным и стерически затрудненным нуклеофилом, обуславливаетпреимущественное образование соединения 5. В случае протеканиянуклеофильного замещения по S N 1-подобному механизму ожидалось быпреимущественное образование N-изо-пропилокси-N-этоксимочевины 6,поскольку реакция происходит в среде изопропилового спирта.OEt4ISSN 2079.3944. Вісник НТУ “ХПІ». 2012. №44(950)88

Образование N,N-диалкоксимочевины 6, предположительно, можетпроисходить путем нуклеофильного замещения у атома азота как из N-хлор-Nэтоксимочевины2, так и из N-ацетокси-N-этоксимочевины 5. Однако, второйпуть представляется маловероятным, поскольку выдерживание соединения 5 визопропаноле в течение 70 часов не приводит к образованию N,Nдиалкоксимочевины6 (рис. 4), а из реакционной смеси выделяется толькоисходная N-ацетокси-N-этоксимочевина 5. Однако, устойчивая к изопропанолизуN-ацетокси-N-этоксимочевина 5 в то же время селективно превращается в N-этокси-N-метоксимочевину 4 при метанолизе [1] и в N,N-диэтоксимочевину 7 приэтанолизе (рис. 6).N H 2O5OAcNOEti-PrOH70 ч, 27 0N H 2OOPr-i6Рис. 4. Выдерживание N-ацетокси-N-этоксимочевины в изопропанольномраствореВ то же время, привыдерживание N-хлор-Nметоксимочевины1 визопропанольном растворе вприсутствииAcONaпроисходит селективноеобразование N-ацетокси-Nметоксимочевины8 с высокимвыходом (рис. 5); образованиеN-изо-пропилокси-Nметоксимочевины9, ненаблюдается даже в следовыхколичествах, чтоN H 2OOAcN5OEtMeOHo103 ч, 20EtOH89 ч, 22oNOEtN H 2N H 2OMeNO97% 4OEtNO84% 7Рис. 5. Метанолиз и этанолиз N-ацетокси-Nэтоксимочевинысвидетельствует также и об инертности к изопропанолу самой N-ацетокси-Nметоксимочевины8.OEtOEtN H 2OClNOMei-PrOH, AcONaN H 2OAcO1 73% 8NOMei-PrOHN H 29Рис. 6. Поведение N-хлор-N-метоксимочевины в среде изопропанола вприсутствии ацетата натрияOOPr-iNOMeN-Ацетокси-N-метоксимочевина 8 может находиться в изопропанольномрастворе при комнатной температуре 4 суток без заметного разложения, то естьона еще более инертна к изопропанолу (см. также рис. 5), чем N-ацетокси-Nэтоксимочевина5.ISSN 2079.3944. Вісник НТУ “ХПІ». 2012. №44(950)89

Подобная инертность к изопропанолизу уже отмечалась в случае N-ацилокси-N-алкокси-N’,N’-диметилмочевин [1, 7], но она не является общимсвойством всех N-ацилокси-N-алкоксимочевин. Найдено, что N-ацетокси-N-н-бутилоксимочевина 10 вусловияхизопропанолиза гладкоиселективнопревращается в N-нбутилокси-N-изопропилоксимочевину11(рис. 7).OAcOPr-iH 2N Ni-PrOHH 2N NOBu-nOBu-n138 ч, 23 oOO10 65% 11Рис. 7. Изопропанолиз N-ацетокси-N-н-бутилоксимочевины10Данное различие в химических свойствах N-ацетокси-N-алкоксимочевин 5, 8и 10 можно объяснить влиянием природы N-алкоксигруппы на конформациюмолекулы N-ацилокси-N-алкоксимочевин [6, 8, 9], что, в свою очередь, приводитк различной степени перекрывания орбиталей n O(Alk) и σ* N-OC(O)R , то есть влияетна силу аномерного эффекта n O(Alk) → σ* N-OC(O)R в геминальной системе O-N-O.Это обуславливает изменение степени дестабилизации связи N-OC(O)Rвследствие данного орбитального взаимодействия. Соответственно, происходитварьирование возможности нуклеофильного замещения ацилоксигруппы у атомаазота.Нами ранее было показано [6, 9] показано, что молекулы N-ацетокси-Nэтоксимочевины5 и N-(4-хлорбензоилокси)-N-этоксимочевины 12 имеют вкристаллах одинаковую конформацию и близкие степени пирамидальности атомаазота геминальной системы O-N-O (рис. 8). Конформация молекулы N-ацетокси-N-метоксимочевины 8 также аналогична конформации N-(4-хлорбензоилокси)-Nэтоксимочевины12 [6].N H 2. .NOOOH 2CCH 3O5CH 3N H 2. .N OOOH 2CCH 3O12ClРис. 8. Конформация N-ацетокси-N-этоксимочевины 5 [9] и конформация N-(4-хлорбензоилокси)-N-этоксимочевины 12 [6] согласно данным РСА.ISSN 2079.3944. Вісник НТУ “ХПІ». 2012. №44(950)90

Однако, при переходе к N-(4-хлорбензоилокси)-N-н-бутилоксимочевине 13(рис. 9), т. е. при замене N-этокси- на N-н-бутилоксигруппу конформациямолекулы N-ацилокси-N-алкоксимочевины резко меняется и сильно возрастаетстепень пирамидальности атома азота.CH 2H 2CH 2N . .OONOOClH 2CCH 313Рис. 9. Конформация N-(4-хлорбензоилокси)-N-н-бутилоксимочевины 13 [8]согласно данным РСАСоответственно, связь N-OC(O)R в мочевине 13 длиннее (1,447 Ǻ), чем связьN-OC(O)R в мочевине 12 (1,437 Ǻ) [6, 9], т.е. более дестабилизированааномерным эффектом n O(Bu) → σ* N-OC(O)C6H4Cl . Вероятно, и конформация весьматермически лабильной N-ацетокси-N-н-бутилоксимочевины 10 близка кконформации N-(4-хлорбензоилокси)-N-н-бутилоксимочевины 13, тогда какконформация N-ацетокси-N-этоксимочевины 5 действительно близка кконформации N-(4-хлорбензоилокси)-N-этоксимочевины 12. Правомерноожидать большую дестабилизацию связи N-OAc за счет аномерного эффектаn O(Bu) → σ* N-OAc в мочевине 10, по сравнению с меньшей дестабилизацией связи N-OAc за счет аномерного эффекта n O(Et) → σ* N-OAc в мочевине 5. Это позволяетобъяснить различное поведение N-ацетокси-N-алкоксимочевин 5, 8 и 10 приизопропанолизе. Природа N-алкоксигруппы обуславливает различия не только встроении, но и в химических свойствах N-ацилокси-N-алкоксимочевин. Вероятно,в N-ацетокси-N-н-бутилоксимочевине 10 наличие у атома азота н-бутилоксигруппы приводит к повышению степени его пирамидальности,соответственно возрастает степень дестабилизации связи N-OAc вследствиестерического содействия реализации аномерного эффекта n O(Bu) →σ* N-OAc . Этосоздает возможность нуклеофильного замещения ацетокси-группы даже такимслабым и стерически затрудненным нуклеофилом, как изопропанол по S N 2механизму (в случае S N 1-подобного механизма алкоголиза стерическиезатруднения не были бы существенны). Для N-ацетокси-N-этоксимочевины 5 и N-ацетокси-N-метоксимочевины 8, имеющих одинаковую конформацию и близкиестепени пирамидальности атома азота [6, 8], но, вероятно, резко отличающихсяпо конформации от N-ацетокси-N-н-бутилоксимочевины 10, связь N-OAcдестабилизирована значительно меньше аномерными эффектами n O(Et) →σ* N-OAc иn O(Me) →σ* N-OAc , соответственно. Поэтому для данных N-ацетокси-Nалкоксимочевиннуклеофильное замещение у атома азота при изопропанолизе неимеет место.ISSN 2079.3944. Вісник НТУ “ХПІ». 2012. №44(950)91

В то же время изопропанолиз N-хлор-N-н-бутилоксимочевины 14 вприсутствии AcONa ограниченное время (21 ч при 15˚С и 21 ч при 5˚С) приводитк образованию смеси N-ацетокси-N-н-бутилоксимочевина 10 и N-н-бутилокси-Nизо-пропилоксимочевины11 в мольном соотношении 55:45 (рис. 10). Очевидно,наряду с непосредственным превращением 14→11 происходит последовательноеобразование 14→10→11, но превращение 10→11 не успевает завершиться,вследствие ограниченного времени алкоголиза.OPr-iClOAcH 2N N i-PrOH, AcONaHH 2N N2N NOBu-nOBu-n+OBu-nOOO14 1011Рис. 10. Поведение N-хлор-N-н-бутилоксимочевины 14 в среде изопропанола вприсутствии ацетата натрия.Экспериментальная часть. Спектры ЯМР1 Н регистрировали наспектрометре “Varian VXP-300” (300 МГц, внутренний стандарт – Me 4 Si,химические сдвиги в -шкале (м.д.), КССВ в Гц). Масс-спектр записывали намасс-спектрометре VG 770-70EQ в FAB режиме (FAB). ИК-спектр записывали наспектрометре UR-20. РСА выполняли на автоматическом четырехкружномдифрактометре “Xcalibur 3. MeCN и CH 2 Cl 2 абсолютировали кипячением иперегонкой над P 2 O 5 , Et 2 O абсолютировали кипячением и перегонкой над Na,MeOH и EtOH абсолютировали кипячением и перегонкой над Ca.N-Хлор-N-метоксимочевина (1). К смеси 0,163 г (1,81 ммоль) N-метоксимочевины и 10 мл CH 2 Cl 2 добавили 0,460 г (4,24 ммоль) tert-BuOCl,выдерживали реакционную смесь 1 ч при 20 С, затем упарили в вакууме, остатокперекристаллизовали из смеси CH 2 Cl 2 -гексан (-20ºС). Получено 0,177 г (79%) N-хлор-N-метоксимочевины 1, бесцветные кристаллы, т.пл. 64-65 С. Спектр ЯМР1 Н (300 МГц, CDCl 3 ): 3,86 (с, 3H, OMe); 5,50 (уш. с, 1H, NH), 5,89 (уш. с, 1H, NH).ИК-спектр (, cm -1 ): 1720 (C=O). Найдено (%): N 22,34; Cl 28,31. C 2 H 5 ClN 2 O 2 .Вычислено (%): N 22,50; Cl 28,47.N-Хлор-N-этоксимочевина (2). Смесь раствора 0,89 г(8,24 ммоль) tert-BuOCl в 10 мл CH 2 Cl 2 и 0,57 г (5,49 ммоль) N-этоксимочевины выдерживали при20 C в течение 1 ч, затем полученный раствор упарили в вакууме и выдержалипри 20 C и 2 мм рт. ст. в течение 0,5 ч. Получено 0,76 г (98%) N-хлор-Nэтоксимочевины2, белое твердое вещество с т.пл. 53 – 54C (с разл.), послекристаллизации (CH 2 Cl 2 -C 6 H 14 ) бесцветные кристаллы с т.пл. 54 – 55C (с разл.).Спектр ЯМР 1 Н (300 МГц, CDCl 3 ): 1,26(т, 3H, OCH 2 Me, 3 J = 7,2 Гц); 4,04 (к, 2H,OCH 2 Me, 3 J = 7,2 Гц); 6,09 (уш. С, 2H, NH 2 ). ИК-спектр (, cm -1 ): 3420 (NH), 1725(C=O). Масс-спектр (FAB, H + , m/z, I отн (%)): 141 [M+H] + (32), 139 [M+H] + (100).Найдено (%): Cl, 25,20. C 3 H 7 ClN 2 O 2 . Вычислено, (%): Cl, 25,59.Cинтез N,N-диметоксимочевины (3) метанолизом N-хлор-Nметоксимочевины(1). К раствору 0,93 г (11,34 ммоль) AcONa в 8 мл MeOH при–20˚С прибавляли 0,622 г (5,00 ммоль) N-хлор-N-метоксимочевины 1, за 4 чISSN 2079.3944. Вісник НТУ “ХПІ». 2012. №44(950)92

поднимали температуру до 0˚С, выдерживали 40 ч при 25˚С. Удаляли спирт ввакууме (5 мм рт. ст.), к остатку добавляли 30 мл бензола, 0,5 г NaHCO 3 и 1 млводы, перемешивали, отделяли бензольную фазу, сушили MgSO 4 , упаривали ввакууме. Остаток выдерживали 30 минут при 3 мм рт. ст. и 28˚С, получено 0,554 г(92,3%) N,N-диметоксимочевины 3, бесцветные кристаллы, т.пл. 46–48C (CH 2 Cl 2– C 6 H 14 ). Спектр ЯМР 1 H (300 MГц, CDCl 3 ): 3,87 (с, 6H, OMe); 5,72 (уш. С, 1H,NH), 5,97 (уш. С, 1H, NH). ИК-спектр (, cм -1 ): 3440 (NH), 1720 (C=O). Массспектр(FAB, H + , m/z, I отн. , %): 241 [2M+H] + (17.2); 121 [M+H] + (100), 89 [M+H-MeOH] + (55,5). Найдено (%): C 30,27, H 6,74, N 23,12. C 3 H 8 N 2 O 3 Вычислено (%):C 30,0, H 6,71, N 23.82.N-Этокси-N-метоксимочевина (4) получена метанолизом N-хлор-Nэтоксимочевины2 в присутствии AcONa (40 ч, 25°С) с выходом 65,1% иметанолизом N-ацетокси-N-этоксимочевины 5 (103 ч, 20°С) c выходом 97,3% постандартным методикам [1,7], бесцветная жидкость, n 20 D 1,4493. Спектр ЯМР 1 Н(300 МГц, CDCl 3 ): 1,32 (т, 3H, OCH 2 Me, J=7); 3,83 (c, 3H, NOMe); 4,12 (к, 2H,OCH 2 Me, J=7); 5,50 (уш. с, 1H, NH); 5,93 (уш. с, 1H, NH). Найдено (%): C 35,93; H7,80; N 20,69. C 4 H 10 N 2 O 3 . Вычислено (%): C 35,82, H 7,51, N 20,88.N-Ацетокси-N-этоксимочевина (5) получена согласно [1,9] из N-хлор-Nэтоксимочевины2 и AcONa в MeCN.Изопропанолиз N-хлор-N-этоксимочевины (2). К перемешиваемой смеси 7мл i-PrOH и 0,185 г (2,259 ммоль) AcONa прибавили 0,209 г (1,506 ммоль) N-хлор-N-этоксимочевины 2, перемешивали реакционную смесь 25 ч при 20°С,добавили 10 мл СH 2 Cl 2 и 4 мл С 6 H 14 , отфильтровали осадок, промыли 5 млСН 2 Cl 2 , упарили в вакууме. Остаток промывали смесью СH 2 Cl 2 -C 6 H 14 (1:4). Востатке 0,071 г (29,7 %) N-ацетокси-N-этоксимочевины 5, бесцветные кристаллы,т.пл. 99-100°С, идентифицирован по спектру ЯМР 1 Н. Упарили объединенныйСH 2 Cl 2 -C 6 H 14 -экстракт, остаток хроматографировали на колонке (Al 2 O 3 , CH 2 Cl 2 ).Получено 0,0076 г (3,0 %) N-изо-пропилокси-N-этоксимочевины 6, бесцветнаяжидкость. Спектр ЯМР 1 Н (300 МГц, CDCl 3 ): 1,303 и 1,323 (д, 6H, OCHMe 2 , 3 J =6,0 Гц), 1,306 (т, OCH 2 Me, 3 J = 7,2 Гц), 4,09 (кв, 2H, OCH 2 Me, 3 J = 7,2 Гц), 4,32(септ, 1H, OCHMe 2 , 3 J = 6,0 Гц). Найдено (%): N 17,02. C 6 H 14 N 2 O 3 . Вычислено(%): N 17,27.Изопропанолиз N-ацетокси-N-этоксимочевины (5). К 0,023 г (0,144ммоль) N-ацетокси-N-этоксимочевины 5 прибавили 2 мл i-PrOH и выдерживали втечение 70 ч при 27 – 28°С. Реакционную смесь упаривали в вакууме при 20 ммрт. ст. и 20°С, остаток выдерживали 20 мин. при 2 мм рт. ст. и 20°С. Получено0,021 г (91,3%) исходной N-ацетокси-N-этоксимочевины 5, идентифицированнойс заведомым образцом по спектру ЯМР 1 НN,N-Диэтоксимочевина (7) получена этанолизом N-ацетокси-Nэтоксимочевины5 (89 ч, 22°С) c выходом 83,8% по стандартным методике [1],бесцветные кристаллы, т.пл. 61 – 63C. Спектр ЯМР 1 H (300 MГц, CDCl 3 ):1,30 (т,3H, OCH 2 Me, 3 J = 7,2 Гц), 4,09 (к, 2H, OCH 2 Me, 3 J = 7,2 Гц), 5,58 (уш. с, 1H, NH),5,95 (уш. с, 1H, NH). Масс-спектр (FAB, H + , m/z, I отн. , %): 149 [M+H] + (95), 103[M+H-EtOH] + (82), 54 (100). Найдено (%): C 40,32; H 8,45; N 18,76. C 5 H 12 N 2 O 3 .Вычислено (%): C 40,53; H 8,16; N 18,91.ISSN 2079.3944. Вісник НТУ “ХПІ». 2012. №44(950)93

N-Ацетокси-N-метоксимочевина (8). К раствору 0,250 г (3,048 ммоль)AcONа в 10 мл i-PrOH прибавили 0,305 г (2,448 ммоль) N-хлор-Nметоксимочевины1, перемешивали 18 ч при 17– 18˚С, выдерживали еще 25 ч приэтой температуре, отфильтровали выпавший осадок, промыли его 10 мл Et 2 O,объединенный фильтрат упарили в вакууме при 7 мм рт.ст., остатокпроэкстрагировали 16 мл CH 2 Cl 2 , экстракт упарили в вакууме 10 мм рт. ст.Получено 0,266 г (73 %) N-ацетокси-N-метоксимочевины 8, бесцветныекристаллы, т.пл. 98 – 100˚С, идентифицированной с заведомым образцом поспектру ЯМР 1 Н [6]. Спектр ЯМР 1 Н (300 МГц, CDCl 3 ): 2,22 (c, 3H, NOAc), 3,91(с, 3H, NOMe), 5,90 (уш.с, 1H, NH), 6,03 (уш.с, 1H, NH). Масс-спектр (FAB, Na + ,m/z, I отн. , %): 319 [2M+Na] + (17.2), 171 [M+Na] + (100).Изопропанолиз N-ацетокси-N-метоксимочевины (8). Раствор 0,0148 г(0,100 ммоль) N-ацетокси-N-метоксимочевины 8 в 4 мл i-PrOH выдерживали 90 чпри 17 - 19°С, затем упарили в вакууме 5 мм рт. ст. Получено 0,0148 г (100 %)исходной N-ацетокси-N-метоксимочевины 8, идентифицированной с заведомымобразцом по спектру ЯМР 1 Н.N-Ацетокси-N-н-бутилоксимочевина (10) и N-хлор-N-нбутилоксимочевина(14) получены согласно [1].N-Ацетокси-N-н-бутилоксимочевина (10). Раствор 0,50 г (3,12 ммоль) N-хлор-N-н-бутилоксимочевины 14 в 20 мл MeCN и 0,62 г (7,90 ммоль) AcONaперемешивали при 20 C в течение 50 ч, затем добавляли 10 мл CH 2 Cl 2 ,отфильтровывали твердую фазу, промывали 15 мл CH 2 Cl 2 . Объединенныйфильтрат упаривали в вакууме, остаток экстрагировали 17 мл CH 2 Cl 2 .Объединенный CH 2 Cl 2 -экстракт упаривали в вакууме, остаток выдерживали при20 C и 2 мм рт.ст. в течение 0,5 ч. Получено 0,44 г (77,1%) N-ацетокси-N-нбутилоксимочевины10, бесцветные кристаллы, после перекристаллизации изгексана (-20ºС) т.пл. 51C (с разл.), после второй перекристаллизации т. пл. 54-55C (с разл.). Спектр ЯМР 1 H (300 MГц, CDCl 3 ): 0,95 (т, 3H, NO(CH 2 ) 3 Me, 3 J=7,5Гц), 1,38 (секс, 2H, NOCH 2 CH 2 CH 2 Me,3 J= 7,5), 1,67 (квинт, 2H,NOCH 2 CH 2 CH 2 Me, 3 J= 7,5 Гц), 4,09 (т, 2H, NOCH 2 , 3 J= 7,5 Гц), 6,11 (уш. С, 2H,NH 2 ). ИК-спектр (, cм -1 ): 3430 (NH), 1800 (C=O), 1722 (C=O). Масс-спектр (CI,m/z (I rel (%)): 191 [M+H] + (11.2); 190 M + (100). Масс-спектр (FAB, Na + , m/z,I отн. (%)): 403 [2M+Na] + (29,8), 213 [M+Na] + (55,8). Найдено (%): C 44,45, H 7,73, N14,65. C 7 H 14 N 2 O 4 . Вычислено (%): C 44,20, H 7,42, N 14,73.N-н-Бутилокси-N-изо-пропилоксимочевина (11) полученаизопропанолизом N-ацетокси-N-н-бутилоксимочевина 10 (138 ч, 23°С) постандартной методике [1] с выходом 65,6%, бесцветная жидкость, n 22 D 1,4518.Спектр ЯМР 1 Н (300 МГц, CDCl 3 ): 0,94 (т, 3H, O(CH 2 ) 3 Me, 3 J = 7,2 Гц), 1,29 (д,6H, OCHMe 2 , 3 J = 6,3 Гц), 1,42 (секс, 2H, OCH 2 CH 2 CH 2 Me, 3 J = 7,2 Гц), 1,65(квинт, 2H, OCH 2 CH 2 CH 2 Me, 3 J = 7,2 Гц), 4,01 (т, 2H, OCH 2 CH 2 CH 2 Me, 3 J = 7,2Гц), 4,30 (септ, 1H, OCHMe 2 , 3 J = 6,3 Гц), 5,52 (уш. c, 1H, NH); 5,91 (уш. c, 1H,NH). ИК-спектр (, cм -1 ): 3360 (NH), 1720 (C=O). Найдено (%): N 14,38.C 8 H 18 N 2 O 3 . Вычислено (%): N 14,72.ISSN 2079.3944. Вісник НТУ “ХПІ». 2012. №44(950)94

Изопропанолиз N-хлор-N-н-бутилоксимочевины (14) проводили вприсутствии AcONa при перемешивании 21 ч при 15˚С . Выдерживали 21 ч при5˚С, упаривали реакционную смесь в вакууме, экстрагировали остаток CH 2 Cl 2 ,упаривали экстракт в вакууме. Согласно данным спектра ЯМР 1 Н полученныйостатокявляется смесью двух соединений, N-ацетокси-N-н-бутилоксимочевина 10и N-н-бутилокси-N-изо-пропилоксимочевина 11, в мольном соотношении 55:45.Выводы: Таким образом, установлено, что природа алкоксигруппы приатоме азота в N-ацилокси-N-алкоксимочевинах, оказывает заметное влияние настроение этих соединений, в частности на степень пирамидальности иконформацию молекулы, что, соответственно, не может не влиять, в отдельныхслучаях, на их химические свойства, т. е. на возможность протеканиянуклеофильного замещения у атома азота при изопропанолизе.Список литературы: 1. Штамбург В. Г., Клоц Е. А., Плешкова А. П., Авраменко В. И., ИвонинС. П., Цыганков А. В, Костяновскиий Р. Г. / Геминальные системы. Сообщение 50. Синтез иалкоголиз N-алкокси-N-ацилоксипроизводных мочевин, карбаматов, бензамидов // Изв. АН.Серия химия. – 2003. – № 10. – С.2132–2140. 2. Рудченко В. Ф., Костяновский Р. Г. /Геминальные системы кислород-азот-галоген. Производные N-галогенгидроксиламинов // Усп.химии. - 1998. - Т. 64, вып. 3. - С. 203-218. 3. Рудченко В. Ф., Шевченко В. И., Костяновский Р.Г. / Геминальные системы. Сообщение 28. Алкоголиз N-хлор-N-алкоксиамидов и синтез N,Nдиалкоксимочевин// Изв. АН СССР. Сер. хим. – 1986. – № 3 – С. 598 – 606. 4. Shtamburg V. G.,Shishkin O.V., Zubatyuk R. I., Kravchenko S. V, Tsygankov A. V., Mazepa A. V., Klots E. A.,Kostyanovsky R.G / N-Chloro-N-alkoxyureas: synthesis, structure and properties // MendeleevCommun. − 2006. – № 6. – P. 323 - 325. 5. Glover S.A. / Anomeric Amides – Structure, Propertiesand Reactivity. // Tetrahedron.- 1998.- Vol. 54, № 26. - Р. 7229-7271. 6. Shishkin O. V., Shtamburg V.G., Zubatyuk R.I. Olefir D. A., Tsygankov A. V., Prosyanik A. V., Mazepa A. V, and R.G.Kostyanovsky / Chiral Ureas with Two Electronegative Substituents at 1-N: an Unusual Case ofCoexisting Pyramidal and Almost Planar 1-N Atoms in the Same Crystal // Chirality. – 2009. – Vol.21. – P.642 – 647. 7. Штамбург В. Г., Клоц Е. А., Сердюк В. Н., Штамбург В. Г., Ивонин С. П. /Получение и алкоголиз N-алкокси-N-ацилоксимочевин // Укр. хим. журн. – 2002. – Т.68, №7. –С. 49-55. 8. Shtamburg V. G., Shishkin O. V., Zubatyuk R. I., Kravchenko S. V., Shtamburg V. V.,Distanov V. B., Tsуgankov A. V., Kostyanovsky R. G. / Synthesis, structure and properties of N-alkoxy-N-(1-pyridinium)urea salts, N-alkoxy-N-acyloxyureas and N,N-dialkoxyureas // MendeleevCommun. − 2007. – № 17. – P. 178 - 180. 9. Shishkin O. V., Zubatyuk R. I., Shtamburg V. G.,Tsygankov A. V., Klots E. A., Mazepa A. V., Kostyanovsky R. G. /Pyramidal Amide Nitrogen in N-Acyloxy-N-alkoxyureas and N-Acyloxy-N-alkoxycarbamates // Mendeleev Commun. − 2006. – № 4.- P. 222 - 223.УДК 547.495:547.93Вплив природа алкоксігрупи при атомі Нітрогену на перебіг реакцій алкоголізу N-хлор-N-алкоксисечовин та N-ацилоксі-N-алкоксисечовин / Штамбург В. Г., Шишкін О.В., Циганков О. В. Зубатюк Р. І., Клоц Е. О. Штамбург В. В. // // Вісник НТУ «ХПІ». Серія«Нові рішення в сучасних технологіях». – Харків: НТУ «ХПІ». – 2012. - №44(950). С. 87 – 96.Встановлено, що природа алкоксігрупи при атомі Нітрогену в N-ацилоксі-Nалкоксісечовинах,суттєво впливає на будову цих сполук, а саме на ступінь пірамідальності іконформацію молекули, що, відповідно, впливає, у окремих випадках, на такі їхні хімічнівластивості, як можливість перебігання нуклеофільного заміщення біля атому Нітрогену приреакціях ізопропанолізу. Іл.: 10. Бібліогр.: 9 назвISSN 2079.3944. Вісник НТУ “ХПІ». 2012. №44(950)95

Ключові слова: N-хлор-N-алкоксісечовини, N-ацилоксі-N-алкоксісечовини, нуклеофільнєзаміщення, реакції алкоголізу, N,N-діалкоксісечовини.UDC 547.495:547.93The influence of alkoxy group connected with the Nitrogen atom on the possibility ofnucleophilic substitution at alcogolylys reaction in N-cloro-N-alkoxyureas and N-acyloxy-Nalkoxyureas./ Shtamburg V., Shishkin O., Tsygankov A., Zubatyuk R., Klots E., Shtamburg V.// Bulletin of NTU “KhPI”. Subject issue : New desicions of modern technologies. – Kharkiv: NTU“KhPI”. – 2012. – №44(950). Р. 87 – 96.It has been found that the nature of the alkoxy group connected with the Nitrogen atom in N-acyloxy-N-alkoxyureas, has a profound effect on the structure of these compounds, particularly on thepyramidality degree and conformation of molecule. Due to this in some cases their chemicalproperties are influenced, for example: the possibility of nucleophilic substitution by Nitrogen atom atisopropanolys reaction. Im.:10.: Bibliogr.: 9Keywords: N-cloro-N-alkoxyureas, N-acyloxy-N-alkoxyureas, nucleophilic substitution,alcogolylys reaction, N,N-dyalcoxyureas.УДК 547.495:547.93Надійшла до редакції 31.07.2012В. Г. ШТАМБУРГ, д-р хим. наук, проф., ГВУЗ «УГТУ», Днепропетровск;В. В. ШТАМБУРГ, канд. хим. наук, ст. препод., НТУ «ХПИ», Харьков;М. В. ГЕРАСИМЕНКО, науч научн. сотр., ГВУЗ «УГТУ», Днепропетровск;А. В. МАЗЕПА, канд. хим. наук, с.н.с., ИФХ им. А.В. Богатского НАНУкраины, Одесса;О. В. ШИШКИН, д-р. хим. наук, проф., зам. директ., ГНУ «НТК «Институтмонокристаллов», Харьков;Р. И. ЗУБАТЮК, канд. хим. наук, с.н.с., ГНУ «НТК «Институтмонокристаллов», Харьков;С. В. КРАВЧЕНКО, канд. хим. наук, доц., ГВУЗ «Днепропетровскийгосударственный аграрный университет», ДнепропетровскУДОБНЫЙ СПОСОБ СИНТЕЗА N,N-ДИАЛКОКСИКАРБАМАТОВ ИN,N-ДИАЛКОКСИМОЧЕВИНПредложен новый способ синтеза труднодоступных и стерически затрудненных N,Nдиалкоксикарбаматови N,N-диалкоксимочевин алкоголизом N-хлор-N-алкоксикарбаматов и N-хлор-N-алкоксимочевин, соответственно, в присутствии трифторацетата серебра. Ил.: 16.Библиография 24.Ключевые слова: N,N-диалкоксикарбаматы, N,N-диалкоксимочевины, N-хлор-Nалкоксикарбаматы,N-хлор-N-алкоксимочевины, трифторацетат серебра.Вступление: Алкоголиз N-хлор-N-алкоксикарбаматов в присутствииоснований не приводит к образованию N,N-диалкоксикарбаматов, а образуются,как правило, продукты восстановления (рис. 1)[1-3].© В.Г. ШТАМБУРГ, В.В. ШТАМБУРГ, М.В. ГЕРАСИМЕНКО, А.В. МАЗЕПА, О.В. ШИШКИН, Р.И. ЗУБАТЮК,С.В. КРАВЧЕНКО, 2012ISSN 2079.3944. Вісник НТУ “ХПІ». 2012. №44(950)96

MeO 2C1ClNOMeMeOH,Et 3NMeO 2CNMeOOMeN + MeO 2CNHOMeCO 2Me[1]36% 30%EtO 2CClNOMe2MeOH,AcONaEtO OMe EtO 2C OMe+N N + EtO 2 CNHOMeO MeO CO 2Et30% 11% 14%Рис. 1. Взаимодействие N-хлор-N-алкоксикарбаматов в присутствии основанийАнализ последних исследований и постановка проблемы: С низкими илиумеренными выходами N,N-диалкоксикарбаматы удалось синтезироватьнепосредственно из N-хлор-N-алкоксикарбаматов только при метанолизе вприсутствии ацетата серебра (рис. 2) [2,3]. Следует отметить, что ацетат серебрапрактически нерастворим в метаноле, что благоприятствует протеканиюконкурентных реакций.MeOOClN1OMeMeOH, AcOAgMeOOOMeNOMe24%[2][3]EtOOClNOMe2MeOH, AcOAgEtOO42 %OMeNOMe+EtO 2CNMeONCO 2Et14 %OMeРис. 2. Получение N,N-диалкоксикарбаматов из N-хлор-Nалкоксикарбаматов[3]Поэтому единственным препаративным способом синтеза N,Nдиалкоксикарбаматовдо последнего времени считался алкоголиз N-ацилокси-Nалкоксикарбаматов,но только первичными спиртами [2,4-6]. В изопропанольномрастворе N-ацилокси-N-алкоксикарбаматы восстанавливаются до N,N’-бис(алкоксикарбонил)-N,N’-бис(алкокси)гидразинов, а в трет-бутанольномрастворе термически лабильные N-ацилокси-N-алкоксикарбаматы длительноевремя остаются неизменными (рис. 3) [6].ISSN 2079.3944. Вісник НТУ “ХПІ». 2012. №44(950)97

MeO 2COAcNOMeMeOHt-BuOHMeO 2COMeNOMe+ AcOHEtOOOAci-PrOH EtO 2C OMeNOMeN N + EtO CNHOMe2MeO CO 2EtРис. 3. Алкоголиз N-ацилокси-N-алкоксикарбаматов+AcOH[2,6]Цель исследований и постановка проблемы: предложить новый способсинтеза труднодоступных и стерически затрудненных N,N-диалкоксикарбаматови N,N-диалкоксимочевин.Материалы исследований: N,N-диалкоксикарбаматы, N,Nдиалкоксимочевины,N-хлор-N-алкоксикарбаматы, N-хлор-N-алкоксимочевины.Структуры полученных веществ доказаны методами ЯМР 1 Н-спектроскопии,масс-спектрометрии, для некоторых веществ – рентгено-структурный анализ.Результаты исследований: Поскольку щелочной гидролиз N,Nдиалкоксикарбаматовявляется наиболее перспективным способом получениятруднодоступных NH-N,N-диалкоксиаминов [7], важных синтонов ворганическом синтезе, представилось актуальным разработать удобный способих синтеза непосредственно из N-хлор-N-алкоксикарбаматов. Нами найдено(предварительное сообщение [8]), что проведение алкоголиза N-хлор-Nалкоксикарбаматовв присутствии трифторацетата серебра, хорошо растворимогов спиртах и диэтиловом эфире, позволяет получать N,N-диалкоксикарбаматыселективно и с высокими выходами. Таким образом N-хлор-N-алкоксикарбаматы3а-с были превращены в N,N-диалкоксикарбаматы 4a-е (рис. 4)ClMeO 2C N3a R=i-Pr, 4a R' = Me, 58%OR3a-c3a R=i-Pr, 4b R' = Et, 59%3b R= Et, 4b R' = i-Pr, 45%3a R=i-Pr, 4c R' = i-Pr, 59%R'OH, CF 3CO 2AgMeO 2C4a-dOR'NOR3c R=n-Oct, 4d R' = Me, 76% , 4e, R'=Et, 64%Рис. 4. Алкоголиз N-хлор-N-алкоксикарбаматов в присутствии трифторацетатасеребраВероятно, как и в случае внутримолекулярной циклизации N-хлор-Nалкоксиамидовпод действием солей серебра [9-13], и при алкоголизе N-хлор-Nалкоксикарбаматовпроисходит генерация N-алкоксинитрениевого катиона А,далее реагирующего с молекулами спирта (рис. 5).ISSN 2079.3944. Вісник НТУ “ХПІ». 2012. №44(950)98

MeO 2CClNORAg + H+ R'OHNO +R'MeO- AgCl 2C-N-ORMeO 2CAOR- H+MeO 2COR'NOR4Рис. 5. Предполагаемый механизм алкоголиза N-хлор-N-алкоксикарбаматовв присутствии трифторацетата серебраАналогичным образом из метил-N-хлор-N-метоксикарбамата 1 был полученс умеренным выходом метил-N-трет-бутилокси-N-метоксикарбамат 5. Метил-Nхлор-N-этоксикарбамат2 в той же реакции с низким выходом образует метил-Nтрет-бутилокси-N-этоксикарбамат 6 наряду со значительными количествамипродукта SET- восстановления, N,N’-бис(метоксикарбонил)-N,N’-бис(этокси)гидразина 7, (рис. 6)MeO 2CClNOMet-BuOH, CF 3CO 2AgMeO 2COBu-tNOMe1 36%5MeO 2Ct-BuOH, CFCl3CO 2AgNMeO 2COEtOBu-tNOEt+MeO 2CNEtOOEtNCO 2Me3b 11%6 7Рис. 6. Получение метил-N-трет-бутилокси-N-метоксикарбамата 5 и метил-N-трет-бутилокси-N-этоксикарбамата 6Алкоголиз N-хлор-Nалкоксимочевинв присутствиеCl MeOH, AcONa OMeHоснований является наиболее 2N NHOMe2N NOMeудобным способом синтеза N,N- OOдиалкоксимочевин [4,6,15-18] (рис.8 97). Другим общим способомполучения N,N-диалкоксимочевинявляется алкоголиз N-ацилокси-Nалкоксимочевин[4,6,19,20] (рис. 8).В обоих случаях алкоголизэффективно протекает прииспользовании первичных иливторичных спиртов. ОднакоалкоголизN-хлор-Nалкоксимочевини N-ацилокси-N-Me 2NO10ClNMeOH, MeONaMe 2NOMet-BuOH, BISSN 2079.3944. Вісник НТУ “ХПІ». 2012. №44(950)99OOMeNOMeРис. 7. Алкоголиз N-хлор-Nметоксимочевинв присутствие оснований

алкоксимочевин трет-бутанолом не происходит, что объясняется стерическимизатруднениями протеканию нуклеофильного замещения у амидного атома азотапо S N 2 механизму [4,6,20] (рис. 8).OAc MeOHOMeПолучить стерическиMeзатрудненныеN,Nдиалкоксибензамидытрет-2N NMe 2N NOPr-nOPr-nOt-BuOH OбутанолизомN-хлор-Nалкоксибензамидовтакже неудалось [9]. Как и в предыдущихслучаях, это объясняетсяOAc MeOHстерическими затруднениямипротеканию нуклеофильногозамещения у амидного атома азотапо S N 2 механизму.Алкоголиз в присутствиитрифторацетата серебра позволяетN H 2NOMeN H 2OOРис. 8. Алкоголиз N-ацилокси-NалкоксимочевинOMeNOMeтакже селективно получить из N-хлор-N-н-додецилоксимочевины 11 N-ндодецилокси-N-метоксимочевину12 (рис. 9). До сих пор N,N-диалкоксимочевиныс длиной липофильной алкоксигруппой удавалось получать только алкоголизом втечение длительного времени соответствующих N-ацетокси-N-алкоксимочевин[6]. Аналогично, из N-хлор-N-метоксимочевины 8 при изопропанолизеселективно образуется N-метокси-N-изо-пропилоксимочевина 13 (рис. 9).N H 2ClNO(CH2 ) 11MeMeOH, CF 3CO 2AgN H 2OMeNO(CH2 ) 11MeOO11 96 % 12N H 2OClNOMei-PrOH, CF 3CO 2AgN H 2OOPr-iNOMe8 75 % 13Рис. 9. Получение N-н-додецилокси-N-метоксимочевины 12 и N-метокси-N-изопропилоксимочевины13Нами также осуществлен трет-бутанолиз N-хлор-N-метоксимочевины 8 и N-хлор-N-метокси-N’,N’-диметилмочевины 10 в присутствии трифторацетатасеребра и впервые синтезированы с умеренными выходами стерическизатрудненные N-трет-бутилокси-N-метоксимочевина 14 и N-трет-бутилокси-Nметокси-N’,N’-диметилмочевина15, соответственно (рис. 10).ISSN 2079.3944. Вісник НТУ “ХПІ». 2012. №44(950)100

N H 2Me 2NOOClNNOMet-BuOH, CF 3CO 2AgN H 2O8 35% 14ClOMet-BuOH, CF 3CO 2AgMe 2NOOBu-tNNOMeOBu-tOMe10 15% 15Рис. 10. Синтез стерически затрудненных N-трет-бутилокси-N-метоксимочевины14 и N-трет-бутилокси-N-метокси-N’,N’-диметилмочевины 15В данном случае нуклеофильное замещение происходит, вероятно, по S N 1механизму через нитрениевый катион В и является менее чувствительным кстерическим затруднениям, создаваемым трет-бутильной группой спирта (рис.11).RR'N(O)CClNORAg +- AgCl+RR'N(O)C-N-ORBR''OHRR'N(O)CHO +NORR''- H+R=R' = H, Me; R=H, R'=ArRR'N(O)COR''NORРис. 11. Предполагаемый механизм образования стерически затрудненныхмочевин в присутствии трифторацетата серебраСтроение полученных соединений доказано с помощью ЯМРспектроскопии и масс-спектрометрии, а для N-трет-бутилокси-Nметоксимочевины14 структура исследована методом РСА (рис. 12, таблицы 1-3).В соединении 14 атом азота N(1) имеет тригонально-пирамидальнуюконфигурацию. Сумма валентных углов, центрированных на атоме N(1) (Σβ),составляет 331,6(2)°, отклонение от плоскости связанных с ним атомов (h N ) равно0,447(2) Å. Метильная и трет-бутильная группы имеют соответственно ap и spориентацииотносительно неподеленной пары электронов (НЭП) атома N(1)(торсионные углы Lp(N1)-N(1)-O(1)-C(1) -178° и Lp(N1)-N(1)-O(2)-C(6) 19°, гдеLp(N1) – идеализированное положение НЭП атома N(1)). Амидная группаориентирована практически перпендикулярно к НЭП атомаN(1) (торсионныйугол Lp(N1)-N(1)-C(1)-O(3) -83°), что, кроме n-π сопряжения, стабилизированообразованием укороченного внутримолекулярного аттрактивного контакта1 НISSN 2079.3944. Вісник НТУ “ХПІ». 2012. №44(950)101

H(2b)…O(1) 2,21 Å, который нельзяклассифицировать как водороднуюсвязь из-за малой величины углаN(2)-H(2b)…O(1) 105°. Трет-Бутильная группа находится взаторможенной конформацииотносительно связи N(1)-O(1)(торсионный угол N(1)-O(1)-C(2)-C(3)-61Ю3(2)°). Атом N(2) имеетплоско-тригональную конфигурацию,как и в N,N-диметоксимочевине (III)[21].Конформация соединения 14аналогичнаконформацииисследованной нами ранее N,Nдиметоксимочевины9 [21] (табл. 3).Рис. 12. Строение N-третбутилокси-N-метоксимочевины14согласно данным РСАТакже, степень пирамидальности атома азота N(1) и длины связей вокругнего в этих двух структурах заметно не отличаются.В кристалле молекулы мочевины (VIII) связаны в центросимметричныедимеры водородными связями N(2)-H(2a)…O(3 i ) [i: -x, 1-y, -z] (H…O 2Ю11 Å, N-H…O 172°).Таблица 1- Длины связей в N-трет-бутилокси-N-метоксимочевине 14согласно данным РСАсвязь длина, Ǻ связь длина, ǺO(1)-N(1) 1,408(2) N(1)-C(1) 1,438(3)O(2)-N(1) 1,406(2) N(2)-C(1) 1,322(3)O(1)-C(2) 1,468(2) C(2)-C(3) 1,504(3)O(2)-C(6) 1,436(2) C(2)-C(5) 1,516(3)O(3)-C(1) 1,217(2) C(2)-C(4) 1,517(3)Таблица 2- Валентные углы в N-трет-бутилокси-N-метоксимочевине 14согласно данным РСАугол град. угол град.N(1)-O(1)-C(2) 111,13(15) N(2)-C(1)-N(1) 115,40(18)N(1)-O(2)-C(6) 113,15(16) O(1)-C(2)-C(3) 109,72(17)O(2)-N(1)-O(1) 110,11(14) O(1)-C(2)-C(5) 110,51(18)O(2)-N(1)-C(1) 111,01(15) C(3)-C(2)-C(5) 111,7(2)O(1)-N(1)-C(1) 110,52(16) O(1)-C(2)-C(4) 101,42(18)O(3)-C(1)-N(2) 125,5(2) C(3)-C(2)-C(4) 111,4(2)O(3)-C(1)-N(1) 118,7(2) C(5)-C(2)-C(4) 111,6(2)Для мочевины 14 карбамоильные связи N-C весьма различаются, как и в ееаналогах (III) и (IV) (табл. 3). Связь N(1)-C(1) (1,438(3) Å) заметно длиннее связиN(2)-C(1) (1,322(3) Å). Вероятно, это обусловлено различной степеньюISSN 2079.3944. Вісник НТУ “ХПІ». 2012. №44(950)102

сопряжения карбонильной группы C(1)=O(1) с sp 3 -гибридизированным атомомазота N(1) и sp 2 -гибридизированным атомом азота N(2). Данная существеннаяразница в карбамоильных связях N-C, наряду с различной конфигурацией атомомазота N(1) и N(2), свидетельствует о принадлежности N-трет-бутилокси-Nметоксимочевины14 к «аномерным» мочевинам [18]Таблица 3 - Сравнение структурных параметров N,N-диалкоксимочевинСоединение12,14 и 17Σβ, ˚ h N , Å N-OMe, ÅN-OButert,ÅN-C(1), ÅN-C(2), Å9 [21] 331,8(2) 0,444(2)1,401(2),1,397(2)- 1,438(2) 1,320(3)14 331,6(2) 0,447(2) 1,406(2) 1,408(2) 1,438(3) 1,322(3)17 [8] 324,0(2) 0,508(3)1,418(3),1,412(3)- 1,441(3) 1,357(3)Следует отметить, что близость значений параметров пирамидальности Σβ иh N для N,N-диалкоксимочевин 12 и 14 показывает, что значительное возрастаниеобъема одной из N-алкоксигрупп не приводит к заметному уплощению азотнойпирамиды.В ИК-спектре N-трет-бутилокси-N-метоксимочевины 14 поглощениекарбонильной группы является «эфироподобным» (1712 cм -1 ). Как показал С.Гловер, это характерная особенность «аномерных» амидов, обусловленнаяснижением сопряжения карбонильной группы с sp 3 -гибридизированным атомомазота [9].N-Хлор-N-алкокси-N'-арилмочевины под действием оснований циклизуютсяв 1-алкоксибензимидазол-2-оны [6,17,18,22,23], тогда как алкоголиз N-хлор-Nалкокси-N'-бензилмочевинв присутствии основания приводит к образованиюсоответствующих N,N-диалкокси-N'-бензилмочевин (рис. 13) [6,17,18].H OEt MeOH / AcONaHNN N OClO N2NOOEtO 2N[6,17,18]H OEt MeOH / AcONa H OEtN NPhH ClN N2CPhH 2C OMeOOРис. 13. Метанолиз N-хлор-N-алкокси-N'-арилмочевин и N-хлор-N-алкокси-N'-бензилмочевин в присутствии ацетата натрияНами найдено, что алкоголиз N-хлор-N-алкокси-N'-арилмочевин вприсутствии трифторацетата серебра является удобным способ синтеза N,N-ISSN 2079.3944. Вісник НТУ “ХПІ». 2012. №44(950)103

диалкокси-N'-арилмочевин. При метанолизе N-хлор-N-метокси-N'-4-нитрофенилмочевины 16 в присутствии трифторацетата серебра селективнообразуется N,N-диметокси-N'-4-нитрофенилмочевина 17 (рис. 14). Вероятно, вметанольной среде генерируется нитрениевый катион С и реализуется S N 1механизм нуклеофильного замещения у атома азота.NO 2NO 2NO 2ClNOMeCF 3CO 2Ag / MeOH- AgCl+NOMeMeOHH N OOMeNOMeH N OH N OCРис. 14. Метанолиз N-хлор-N-метокси-N'-4-нитрофенилмочевины 16 вприсутствии трифторацетата серебраПодобным образом, пара-замещенные N-хлор-N-алкокси-N'-арилмочевины18a-d селективно образуют при метанолизе N-алкокси-N-метокси-N'-арилмочевины 19a-d (рис. 15).XXXHNORtert-BuOClClNORCF 3CO 2Ag / MeOH- AgClOMeNORH N OH N OH N O18 a - d 19 a - dX = NO 2, R = Bn18a, 19a (99%)X = NO 2, R = CH 2CH 2Pr-i18b, 19b (91%)X = Cl, R = Et18c, 19c (62%)X = Br, R = Et 18d, 19d (92%)Рис. 15. Алкоголиз пара-замещенных N-хлор-N-алкокси-N'-арилмочевин вприсутствии трифторацетата серебраАналогично, при метанолизе в присутствии трифторацетата серебра N-хлор-N-этокси-N'-2-нитрофенилмочевина 20 селективно превращается в N-метокси-Nэтокси-N'-2-нитрофенилмочевину21 (рис. 16).ISSN 2079.3944. Вісник НТУ “ХПІ». 2012. №44(950)104

O 2NHNOEttert-BuOClO 2NH N OClNCF 3CO 2Ag / MeOH O 2NOEt - AgCl H N OOMeNOEtH N O20 21 (98 %)Рис. 16. Метанолизе N-хлор-N-этокси-N'-2-нитрофенилмочевины в присутствиитрифторацетата серебраСтроение полученных N,N-диалкокси-N'-арилмочевин 17,19,21 доказано спомощью ЯМР1 Н спектроскопии и масс-спектрометрии, а для N,Nдиметоксимочевины17 структура также исследована методом РСА (код ССДСрегистрации данных РСА в Кембриджском центре кристаллографических данных776941, см. [8]).Экспериментальная часть. Спектры ЯМР1 Н регистрировали наспектрометре “Varian VXP-300” (300 МГц) и“Mercury-400”(400МГц), внутреннийстандарт – Me 4 Si, химические сдвиги в δ-шкале (м.д.), КССВ в Гц). Масс-спектрзаписывали на масс-спектрометре VG 770-70EQ в FAB режиме (FAB). ИК-спектрзаписывали на спектрометре UR-20. РСА выполняли на автоматическомчетырехкружном дифрактометре “Xcalibur 3. CH 2 Cl 2 абсолютировали кипячениеми перегонкой над P 2 O 5 , Et 2 O абсолютировали кипячением и перегонкой над Na.,МеОН абсолютировали кипячением и перегонкой над Са.Метил-N-хлор-N-метоксикарбамат (1) получен согласно [1].Метил-N-хлор-N-изо-пропилоксикарбамат (3a) получен хлорированиеtert-BuOCl метил- N-изо-пропилоксикарбамата согласно [3], желтоватаяжидкость. Спектр ЯМР 1 Н (300 МГц, CDCl 3 ): . 1,28 (д, 6H, NOCHMe 2 , 3 J = 6,3 Гц),3,91 (с, 3H, CO 2 Me), 4,31 (sсепт, 1H, NOCHMe 2 , 3 J = 6,3Гц). ИК-спектр (, cм -1 ):1780 (C=O). Найдено, (%): Cl 21,04. C 5 H 10 ClNO 3 . Вычислено, (%): Cl, 21,15.Метил-N-хлор-N-этоксикарбамат (3b) К раствору 0,596 г (5 ммоль) метил-N-этоксикарбамата в 6 мл CH 2 Cl 2 при -20°С прибавили раствор 1,086 г(10 ммоль)tert-BuOCl в 3 мл CH 2 Cl 2 , выдерживали 3 ч при 5°С, упарили в вакууме 20 ммрт.ст., выдерживали 5 мин при 3мм рт. ст. Получено 0,752 г (98%) метил-N-хлор-N-этоксикарбамата 3b, желтоватая жидкость. Спектр ЯМР 1 Н (300 МГц, CDCl 3 ):1,31 (т, 3H, NOCH 2 Me 3 , J = 6,9 Гц), 3,92 (с, CO 2 Me), 4,07 (к, 2Н, NOCH 2 Me 3 , J = 6,9Гц), ИК-спектр (, cм -1 ): 1795 (C=O). Найдено (%): Cl 22,85. C 4 H 8 ClNO 3 .Вычислено (%): Cl 23,09.Метил-N-хлор-N-н-октилоксикарбамат (3c) получен согласно [4,5].Метил-N,N-ди(изо-пропилокси)карбамат (4c). 0,673 г (4,017 ммоль)метил-N-хлор-N-изо-пропилоксикарбамата 3a растворили в 2 мл i-PrOH при -27˚С, и полученный раствори быстро добавили к охлажденному до -27˚Сраствору 1,065 г (4,821 ммоль) CF 3 CO 2 Ag в 5 мл i-PrOH.. В течение 19 ч поднялитемпературу реакционной смеси до 11˚С, добавили 0,46 г (5,61 ммоль) AcONa,перемешивали реакционнуб смесь 2ч, отфильтровали твердую фазу, фильтратISSN 2079.3944. Вісник НТУ “ХПІ». 2012. №44(950)105

упарили в вакууме 25 мм рт. ст. Остаток дважды экстрагировали смесью 7млCH 2 Cl 2 и 5 мл C 6 H 14 . Объединенные экстракты упарили в вакууме, остатокперегоняли вакууме. Получено 0,456 г (59 %) метил-N,N-ди(изопропилокси)карбамата4c, бесцветная жидкость, n D 20 1.4189. Спектр ЯМР 1 Н (300МГц, CDCl 3 ): 1.29 (д, 12H, NOСHMe 2 3 J = 6,3 Гц), 3,85 (с, 3H, CO 2 Me), 4,28 (септ,2H, NOСHMe 2 , 3 J = 6,3 Гц). Найдено, (%): C 50,31, H 8,71, N 7,08. C 8 H 17 NO 4 .Вычислено, (%): C 50,25, H 8,96, N 7,32.Метил-N-метокси-N-изо-пропилоксикарбамат (4a) получен поаналогичной методике метанолизом метил-N-хлор-N-изо-пропилоксикарбамата3a, выход 58%, бесцветная жидкость, т.кип. 50-53С (3 мм рт. ст.), n D 23 1,4168.Спектр ЯМР 1 Н (300 МГц, CDCl 3 ): 1.30 (д, 6H, NOCHMe 2 , 3 J = 6,0 Гц), 3,79 (с, 3H,NOMe), 3,87 (с, 3H, CO 2 Me), 4,28 (септ, 1H, NOCHMe 2 , 3 J = 6,0 Гц). ИК-спектр (,cм -1 ): 1770 (C=O). ). Масс-спектр (EI, m/z, I отн , (%)):163 M + (3,4), 105 (5,6), 91(14,0), 60 (21,3), 59 (54,8), 58 (24,3), 46 (16,9), 45 (36,7), 44 (21,3), 43 (100).Найдено, (%): C, 44,23, H 8,17, N 8,42. C 6 H 13 NO 4 .Вычислено, (%): C 44,17, H 8,03,N 8,58.Метил-N-изо-пропилокси-N-этоксикарбамат (4b) получен поаналогичной методике этанолизом метил-N-хлор-N-изо-пропилоксикарбамата 3aс выход 59% и изопропанолизом метил-N-хлор-N-этоксикарбамата 3b с выходом45%, бесцветная жидкость, n D211,4200. Спектр ЯМР 1 Н (300 МГц, CDCl 3 ): 1,293(т, 3H, NOCH 2 Me, 3 J = 7,2 Гц), 1,295 (д, 6H, NOСHMe 2 , 3 J = 6,3 Гц), 3,86 (с, 3H,CO 2 Me), 4,06 (к, 2H, NOCH 2 Me, 3 J = 7,2 Гц), 4,28 (септ, 1H, NOСHMe 2 , 3 J = 6,3Гц). Найдено, (%): C 47,19, H 8,67, N 7,74. C 7 H 15 NO 4 . Вычислено, (%): C 47,45, H8,53, N 7,90.Метил-N-метокси-N-н-октилоксикарбамат (4d) получен по аналогичнойметодике метанолизом метил-N-хлор-N-н-октилоксикарбамата 3с с выходом 75%и идентифицирован с заведомым образцом по спектру ЯМР 1 Н [4,5].Метил-N-н-октилокси-N-этоксикарбамат (4e) получен по аналогичнойметодике этанолизом метил-N-хлор-N-н-октилоксикарбамата 3с выходом 64% иидентифицирован с заведомым образцом по спектру ЯМР 1 Н [4,5].Метил-N-трет-бутилокси-N-метоксикарбамат (5). К раствору 0.769 г(5.5095 ммоль) метил-N-хлор-N-метоксикарбамата 1 в 9 мл трет-бутанола при18°С прикапали при энергичном перемешивании раствор 1.386 г (6.061 ммоль)CF 3 CO 2 Ag в 3 мл Et 2 O, выдерживали реакционную смесь в темноте при 18°С,затем отфильтровали осадок AgCl, промыли 9 мл Et 2 O, объединенный фильтратупарили в вакууме при 1) 30 мм рт. ст., 2) при 5 мм рт. ст. Остаток растворили в 3мл МеОН, перемешивали с 0,560 г (6.5 ммоль) AcONa, затем реакционную смесьупарили в вакууме 16 мм рт. ст., остаток проэкстрагировали смесью 7 мл CH 2 Cl 2 и7 мл C 6 H 14 , экстракт упарили в вакууме, остаток проэкстрагировали 8 мл C 6 H 14 ,гексановый экстракт упарили в вакууме, остаток перегоняли на воротничковойразгонке при 5 мм рт. ст. и температуре бани 65 – 70 °С. Получено 0.3496 г (35.8%) метил-N-трет-бутилокси-N-метоксикарбамата 5, бесцветная жидкость.Спектр ЯМР 1 H (500 МГц, CDCl 3 ): 1,322 (c, 9H, NOBu-tert), 3,697 (c, 3H, NOMe),3,865 (c, 3H, CO 2 Me). Найдено, (%): C 47,62 , H 8,39 , N 7,81 . C 7 H 15 NO 4 .Вычислено (%):C 47.45, H 8,53, N 7,90.ISSN 2079.3944. Вісник НТУ “ХПІ». 2012. №44(950)106

Метил-N-трет-бутилокси-N-этоксикарбамат (6). К смеси 5 мл tert-BuOHи 2 мл Et 2 O при - 20°С прибавили раствор 0,641 г (4,176 ммоль) метил-N-хлор-Nэтоксикарбамата3b в 2 мл Et 2 O, выдерживали 1 ч при -20°С, 10 дней при 4°С,затем упарили в вакууме на 70%, добавили раствор 0,41 г (5 ммоль) AcONa в 8 млMeOH, выдержали 2 дня при 4°С, добавили 5 мл CH 2 Cl 2 , отфильтровали осадок.Фильтрат упарили в вакууме, остаток экстрагировали смесью 6 мл CH 2 Cl 2 и 16 млC 6 H 14 . Экстракт сушили MgSO 4 , отфильтровали MgSO 4 , фильтрат упарили ввакууме 25 мм рт.ст., остаток (согласно спектру ЯМР 1 Н это смесь N,Nдиалкоксикарбамата6 и гидразина 7 [7]) фракционировали на воротничковоймикроразгонке. Получено 0,0874 г (11%) метил-N-трет-бутилокси-Nэтоксикарбамата6, бесцветная жидкость, т.кип. 78 – 82°С (6 мм рт.ст.). СпектрЯМР 1 Н (300 МГц, CDCl 3 ): 1,255 (т, NOCH 2 Me, 3 J = 7,2 Гц), 1,323 (c, 9H, NOBu-t),3,858 (c, 3H, CO 2 Me), 4,009 (кв, 2H, NOCH 2 Me, 3 J = 7,2 Гц). Масс-спектр (FAB,m/z(I отн. %): 192 [M+H] + (100), 146 [M-Et] + (60), 136 [M+H-C 4 H 8 ] + (75).N-Хлор-N-н-додецилоксимочевина (11) получена согласно [6].N-н-Додецилокси-N-метоксимочевина (12). К раствору 0,130 г (0,590ммоль) CF 3 CO 2 Ag в 10 мл абс. MeOH при -23°С добавили раствор 0,150 г (0,537ммоль) N-хлор-N-н-додецилоксимочевины 11 в 2 мл CH 2 Cl 2 . Поднялитемпературу реакционной смеси до 20°С за 18 ч, добавили 0,11 г (1,34 ммоль)AcONa, выдержали 1 ч при 20°С, отфильтровали выпавший осадок, промыли его10 мл CH 2 Cl 2 . Объединенный фильтрат упарили при 20 мм рт.ст. и 20°С, остатокэкстрагировали смесью 5 мл CH 2 Cl 2 и 10 мл CCl 4 , экстракт упарили в вакууме.Получено 0,142 (96,5%) N-н-додецилокси-N-метоксимочевины 12, белыекристаллы, т.пл.46 - 49°С. Идентифицирована по спектру ЯМР 1 Н с заведомымобразцом [6]. Спектр ЯМР 1 Н (400 МГц, CDCl 3 ): 0,904 (т, 3H, NO(CH 2 ) 11 Me, 3 J =6,6 Гц), 1,257 – 1,332 (м, 18H, NOCH 2 CH 2 (CH 2 ) 9 ), 1,688 (квинт, 2H,NOCH 2 CH 2 (CH 2 ) 9 , 3 J = 6,6 Гц), 3,807 (c, 3H, NOMe), 4,011 (т, 2H, NOCH 3 2 J = 6,6Гц), 5,847 (c, 2H, NH 2 ). Масс-спектр (FAB, CF 3 CO 2 Na, m/z(I отн. %): 571 [2M+Na] +(5), 297 [M+Na] + (13), 243 H 2 NC(O)N (+) OC 12 H 25 (45), 200 HN + OC 12 H 25 (100), 89H 2 NC(O)N (+) OMe (57). Масс-спектр (FAB, NaI m/z(I отн. %): 571 [2M+Na] + (14), 297[M+Na] + (100), 266 [M+Na-Me] + (18), 200 HN (+) OC 12 H 25 (10), 112 (51), 89H 2 NC(O)N (+) OMe (7).N-Хлор-N-метоксимочевина (8) получена согласно [17].N-изо-Пропилокси-N-метоксимочевина (13). К раствору 0,250 г (1,1231ммоль) CF 3 CO 2 Ag в 5 мл i-PrOH при -8°С прибавили раствор 0,127 г (1,021)ммоль N-хлор-N-метоксимочевины 10 в 3 мл 2 мл Et 2 O, за 10 ч поднялитемпературу реакционной смеси до 20°С и выдерживали при этой температуре 50ч. Затем добавили к реакционной смеси 0,1 г AcONa, через 1 час упарили ввакууме 20 мм рт. ст. Остаток проэкстрагировали 17 мл CH 2 Cl 2 , CH 2 Cl 2 -экстрактупарили в вакууме, остаток проэкстрагировали 7 мл PhH. К PhH-экстрактудобавили 2 мл н-C 6 H 14 , выдерживали данный раствор 20 ч при 5°С,отфильтровали выпавший осадок, промыли смесью 1 мл PhH и 1мл н-C 6 H 14 .Объединенный фильтрат упарили в вакууме 20 мм рт. ст., сушили вакууме 5 ммрт. ст. Получено 0,114 г (75,4 %) N-изо-пропилокси-N-метоксимочевины 11,бесцветные кристаллы, т.пл. 67-68 °С. Спектр ЯМР 1 Н (400 МГц, CDCl 3 ): 1,289 дISSN 2079.3944. Вісник НТУ “ХПІ». 2012. №44(950)107

(6H, NOCHMe 2 , 3 J = 6,4 Гц), 3,781 с (3H, NOMe), 4,299 септ (1H, NOCHMe 2 , 3 J =6,4 Гц), 5,392 уш. c (1H, NH), 5,901 уш. c (1H, NH). Масс-спектр (FAB, H + , m/z,I отн. (%)): 149 [M+H] + (64), 77 (100).N-трет-Бутилокси-N-метоксимочевина (14). К раствору 0,410 г (1,856ммоль) CF 3 CO 2 Ag в смеси 7 мл tert-BuOH и 3 мл Et 2 O при -24˚С прибавилираствор 0,190 г (1.523 ммоль) N-хлор-N-метоксимочевины 8 в 3 мл tert-BuOH. За18 ч подняли температуру реакционной смеси до 16˚С, отфильтровали осадокAgCl, промыли его 8 мл Et 2 O. Объединенный фильтрат упарили в вакууме 5 ммрт. ст., к остатку добавили 0,19 г (2.317 ммоль) AcONa в 5 мл MeOH. Упарилиреакционную смесь в вакууме 30 мм рт. ст., остаток экстрагировали 15 мл CH 2 Cl 2 .Экстракт сушили MgSO 4 , отфильтровали MgSO 4 , промыли 5 мл мл CH 2 Cl 2 .Объединенный фильтрат упарили в вакууме, остаток промыли 2 мл холодного(5˚С) н-С 6 Н 14 , сушили в вакууме 5 мм рт. ст. Остаток экстрагировали 15 мл млCH 2 Cl 2 . Экстракт профильтровали через плотный фильтр и упарили в вакууме 30мм рт. ст., сушили при 5 мм рт. ст. Получено 0,0859 г (34.8 %) N-третбутилокси-N-метоксимочевины14, бесцветные кристаллы, т.пл. 115 - 118 ˚С(CH 2 Cl 2 -гексан). Спектр ЯМР 1 Н (300 МГц, CDCl 3 ): 1.36(c, 9H, NOCMe 3 ), 3.72 (c,3H, NOMe), 5.50 (уш.с, 1H, NH), 5.95 (уш.с, 1H, NH). ИК-спектр (КBr, υ, cм -1 ):3427 (NH), 1712 (С=О). Масс-спектр (FAB, H + , m/z, I отн. (%)): 163 [M+H] + (10), 57t-Bu + (100). Масс-спектр (FAB, K + , m/z, I отн. (%)): 201 [M+K] + (34), 57 t-Bu + (100).Найдено, %: N 17.09. C 6 H 14 N 2 O 3 . Вычислено, %: N: 17.27.Кристаллы 14 моноклинные, C 16 H 14 N 2 O 3 , при 298 K a = 14.429(5) Å, b =6.332(2) Å, c = 10.334(5) Å, V = 892.6(6) Å 3 , M r = 162.19, Z = 4, пространственнаягруппа P2 1 /c, d выч = 1.207 г/см 3 , (MoK ) = 0.10 мм -1 , F(000) = 352. Параметрыэлементарной ячейки и интенсивности 6089 отражений (1761 независимых, R int =0.059) измерены на автоматическом четырехкружном диффрактометре «Xcalibur3» (MoK, графитовый монохроматор, CCD детектор, ω-сканирование, 2 макс =60.88).Структура расшифрована прямым методом по комплексу программ SHELX-97 [24]. Положения атомов водорода рассчитаны геометрически и уточнены помодели наездника с U изо =nU экв несущего атома (n=1.5 для метильных групп иn=1.2 для остальных атомов водорода). Структура уточнена по F 2полноматричным МНК в анизотропном приближении для неводородных атомовдо wR 2 = 0.099 по 1761 отражениям (R 1 = 0.044 по 988 отражениям с F>4(F), S =0.97). Код ССДС регистрации данных РСА в Кембриджском центрекристаллографических данных 885614.N-Хлор-N-метокси-N’,N’-диметилмочевина (10) получена согласно [15].N-трет-Бутилокси-N-метокси-N’,N’-диметилмочевина (15). К растворураствор 0,3786 г (2,486 ммоль) N-хлор-N-метокси-N’,N’-диметилмочевины 10 в10,5 мл tert-BuOH и 1 мл Et 2 O при перемешивании и 20˚С прибавили раствор0,631 г (2,859 ммоль) CF 3 CO 2 Ag в смеси 3 мл tert-BuOH и 1 мл Et 2 O,реакционную смесь перемешивали 30 мин., выдерживали при 20 ˚С в течение 20ч. Затем отфильтровали осадок AgCl, промыли его 5 мл CH 2 Cl 2 . К объединенномуфильтрату прибавили 0,246 г (3,00 ммоль) AcONa, упарили его вакууме 5 ммрт.ст., остаток обработали 4 мл MeOH при 5˚С. Упарили реакционную смесь вISSN 2079.3944. Вісник НТУ “ХПІ». 2012. №44(950)108

вакууме 15 мм рт. ст., остаток проэкстрагировали 18 мл CH 2 Cl 2 . Экстракт сушилиMgSO 4 , отфильтровали MgSO 4 , промыли 5 мл мл CH 2 Cl 2 . Объединенныйфильтрат упарили в вакууме 20 мм рт.ст., остаток сушили в вакууме 5 мм рт. ст.Остаток проэкстрагировали 20 мл н-С 6 Н 14 . Экстракт профильтровали черезплотный фильтр и упарили в вакууме 30 мм рт. ст., остаток выдерживали при 5мм рт. ст. Получено 0,071 г (15,0 %) N-трет-бутилокси-N-метокси-N’,N’-диметилмочевины 15, бесцветная жидкость, n 27 D 1,4420. Спектр ЯМР 1 Н (300МГц, CDCl 3 ): 1,30(c, 9H, NOCMe 3 ), 3,00 (д, Me 2 N, J гем = 8,0 Гц), 3,69 (c, 3H,NOMe). Масс-спектр (FAB, K + , m/z, I отн. (%)): 229 [M+K] + (8.5), 57 tert-Bu + (100).Найдено, %: N 14,69. C 8 H 184 N 2 O 3 . Вычислено, %: N: 14,72.N-Метокси-N’-4-нитрофенилмочевина получена из MeONH 2 и 4-нитрофенилизоцианата в бензоле по стандартной методике, бледно-желтоватыекристаллы, т.пл. 145 – 147 °С, лит. т.пл. 152°С [22]. Спектр ЯМР 1 Н (300 МГц,(CD 3 ) 2 SO): 3,65 (с, 3H, OMe), 7,89 (д, 2H, H 2,6 Ar , 3 J = 9,6 Гц), 8,19 (д, 2H, H 3,5 Ar , 3 J =9,6 Гц), 9,58 (уш. с, 1H, NH), 9,97 (уш. с, 1H, NHO). ИК-cпектр (, cм -1 ): 3224(NH), 3215 (NH), 1664 (C=O). 1510 (NO 2 ), 1344 (NO 2 ).N-Хлор-N-метокси-N’-4-нитрофенилмочевина (16) получена согласно [22]хлорированием tert-BuOCl N-метокси-N’-4-нитрофенилмочевины в CH 2 Cl 2 ,желтовато-белые кристаллы, т т.пл. 98 - 102°С (CH 2 Cl 2 ). Спектр ЯМР 1 Н (300МГц, CDCl 3 ): 3,96 с (3H, OMe), 7,71 д (2H, H 2,6 Ar , 3 J = 9,3 Гц), 8,22 уш. с (1H, NH),8,26 д (2H, H 3,5 Ar , 3 J = 9,3 Гц). Масс-спектр (FAB, H + , m/z, I отн , (%)): 248 [M+H] +(15); 246 [M+H] + (40); 119 (100). Код ССДС регистрации данных РСА вКембриджском центре кристаллографических данных 870254.N,N-Диметокси-N’-4-нитрофенилмочевина (17) К раствору 0,099 г (0,403ммоль) N-хлор-N-метокси-N’-4-нитрофенилмочевины 16 в 2 мл CH 2 Cl 2 при -27˚Cприбавили раствор 0,107 г (0,484 ммоль) CF 3 CO 2 Ag в 5 мл . MeOH. Выпал осадокAgCl. Реакционную смесь нагрели до 8˚C в течение 16 ч, затем добавили 0,082(1,000 ммоль) AcONa,удалили метанол вакууме, остаток экстрагировали 15 млPhH. PhH-Экстракт упарили в вакууме. Получено 0,091 г (93 %) N,N-диметокси-N’-4-нитрофенилмочевина 17, бледно-желтые кристаллы, т.пл. 81 - 83˚С (PhH –C 6 H 14 ). Спектр ЯМР 1 H (300 МГц, CDCl 3 ): 3,97 (с, 3H, N(OMe) 2 ), 7,72 (д, 2H,H 2,6 C6H4 , 3 J = 9,3 Гц), 8,18 (уш. с, 1H, NH), 8,26 д (2H, H 3,5 C6H4 , 3 J = 9,3 Гц). СпектрЯМР 13 С (400 МГц, CDCl 3 ): 62,23 (OMe), 118,75 [C(2), C(6)], 124,84[C(3), C(5)],142,25[C(1)], 143,86 [C(4)], 156,24 [NHC(O)]. Масс-спектр (FAB, H + , m/z, I отн , (%)):242 [M+H] + (82); 210 [M+H-MeOH] + (100). Найдено (%): С 44,79; Н 4,83; N 17,25.C 9 H 11 N 3 O 5 . Вычислено (%): С 44,82; Н 4,60; N 17,42.N-Бензилокси-N'-4-нитрофенилмочевина. К раствору 1,307 г (10,607ммоль) PhCH 2 ONH 2 прибавили профильтрованный раствор 1,577г (9,609 ммоль)свежевозогнанного 4-нитрофенилизоцианата в 12 абс. бензола, выдерживалиреакционную смесь 6 суток при 20˚С, затем отфильтровали выпавший осадок,промыли 11 мл бензола, 10 мл гексана. Получено 2,418 г (87,6 %) N-бензилокси-N'-4-нитрофенилмочевины, светло-желтые кристаллы, т.пл. 136 – 138 ˚С. СпектрЯМР 1 Н (300 МГц, (CD 3 ) 2 SO): 4,86 (с, 2H, OCH 2 ), 7,34 – 7,42 (м, 3H, Ph), 7,47 –7,49 (м, 2H, Ph), 7,83 (д, 2H, H 2,6 C6H4 , 3 J = 9,3 Гц), 8,19 (д, 2H, H 3,5 C6H4 , 3 J = 9,3 Гц);ISSN 2079.3944. Вісник НТУ “ХПІ». 2012. №44(950)109

9,48 (с 1H, NH), 9,93 (с, 1H, NHO). Найдено, %: N 14,72. C 14 H 13 N 3 O 4 . Вычислено,%: N 14,63.N-Хлор-N-бензилокси-N'-4-нитрофенилмочевина (18а) и N-бензилокси-N-метокси-N'-4’-нитрофенилмочевина (19a). К раствору 0,126 г (0,438 ммоль)N-бензилокси-N'-4’-нитрофенилмочевины в 5 мл CH 2 Cl 2 при -20˚С прибавили0,637 г (5,867 ммоль) tert-BuOCl в 5 мл CH 2 Cl 2 , выдерживали 5 мин при -20˚С, 5 чпри 4˚С, затем упарили в вакууме (20 мм рт. ст., 5 мм. рт. ст.). Получили N-хлор-N-бензилокси-N'-4-нитрофенилмочевину 18а, желтые кристаллы с т.пл. (с разл.)89 - 91˚С. Спектр ЯМР 1 H (300 МГц, CDCl 3 ): 5,10 (с, 2H, NOCH 2 ), 7,44 – 7,52 (м,5H, Ph), 7,48 (д, 2H, H C6H4 2,6 , 3 J = 9,0 Гц), 7,87 (уш. с, 1H, NH), 8,18 (д, 2H, H C6H4 3,5 ,3 J = 9,0 Гц). Масс-спектр (FAB, H + , m/z, I отн , (%)):324 [M+H] + (11), 322 [M+H] +(28), 91 Bn + (100). Полученную N-хлор-N-бензилокси-N'-4’-нитрофенилмочевину18a при - 35˚С растворили в 3 мл абс. МеОН, и быстро прибавили раствор 0,106 г(0,482 ммоль) CF 3 CO 2 Ag в 2,5 мл МеОН. За 20 ч подняли температуруреакционной смеси до 16˚С, отфильтровали осадок AgCl, промыли 5 мл МеОН, кфильтрату прибавили раствор 0,08 г AcONa в 4 мл MeOH. Выдерживалиреакционную смесь 2 ч при 16˚С, затем упарили в вакууме. Остатокпроэкстрагировали 15 мл CH 2 Cl 2 , экстракт сушили MgSO 4 , затем упарили ввакууме. Получено 0,138 г (99 %) N-бензилокси-N-метокси-N'-4-нитрофенилмочевины 19а, вязкое желтоватое масло, со временем застывающеепосле длительного хранения при 5˚С в бледно-желтое твердое вещество с т.пл. 65- 67 ˚С. Спектр ЯМР 1 H (300 МГц, CDCl 3 ): 3,85 (с, 3H, NOMe), 5,12 (с, 2H,NOCH 2 ), 7,40 – 7,50 (м, 5H, Ph), 7,56 (д, 2H, H C6H4 2,6 , 3 J = 9,3 Гц), 7,96 (уш. с, 1H,NH), 8,20 (д, 2H, H C6H4 3,5 , 3 J = 9,3 Гц). ИК-cпектр (, cм -1 ): 3313 (NH), 1700 (C=O),1580 (NO 2 ), 1332 (NO 2 ). Масс-спектр (FAB, H + , m/z, I отн , (%)): 318 [M+H] + (14), 91Bn + (100). Найдено (%): С 56,58, Н 4,72, N 13,02. C 15 H 15 N 3 O 5 . Вычислено (%): С56,78,Н 4,77, N 13,24.Аналогично N-хлор-N-бензилокси-N'-4’-нитрофенилмочевине 18a получены:N-Хлор-N-изо-амилокси-N'-4-нитрофенилмочевина (18b), выход 94%,бесцветные кристаллы, т.пл. 88 - 89˚С(с разл.). Спектр ЯМР 1 H (300 MГц, CDCl 3 ):1,00 (д, 6H, CHMe 2 , 3 J = 6,6 Гц), 1,67 (к, 2H, OCH 2 CH 2 CH, 3 J = 6,6 Гц), 1,74(нонет, 1H, CH 2 CHMe 2 , 3 J = 6,6 Hz), 4,19 (т, 2H, NOCH 2 CH 2 , 3 J = 6,6 Гц), 7,69 (д,2H, H C6H4 2,6 , 3 J = 9,3 Гц), 8,26 (д, 2H, H C6H4 3,5 , 3 J = 9,3 Гц), 8,28 (уш. с, 1H, NH).Найдено (%):Cl 11,65. C 12 H 16 N 3 O 4 Cl. Вычислено (%):Cl 11,75.N-Хлор-N-этокси-N'-4-бромфенилмочевина (18d), выход 89 %,бесцветные кристаллы, т.пл. 75 – 75,5˚С (с разл.). Спектр ЯМР 1 H (300 MГц,CDCl 3 ): 1,40 (т, 3H, OCH 2 Me, 3 J = 6,9 Гц), 4,20 (к, 2H, OCH 2 Me, 3 J = 6,9 Гц), 7,41(д, 2H, H C6H4 2,6 , 3 J = 9.3 Гц), 7,48 (д, 2H, H C6H4 3,5 , 3 J = 9,3 Гц), 7,95 (уш. с, 1 H, NH).Масс-спектр (EI, m/z I отн , (%)): 296 M + (2), 294 M + (8), 292 M + (6), 61(100). Массспектр(FAB, H + , m/z, I отн , (%)): 297 [M+H] + (7), 295 [M+H] + (29), 293 [M+H] + (23),259(100). Найдено (%): C, 36,50, H, 3,62. C 9 H 10 N 2 O 2 BrCl. Вычислено (%): C 36,83,H 3,43.N-Хлор-N-этокси-N’-4-хлорфенилмочевина (18с) получена согласно [17].Аналогично N-бензилокси-N-метокси-N'-4-нитрофенилмочевине 19аполучены:ISSN 2079.3944. Вісник НТУ “ХПІ». 2012. №44(950)110

N-изо-Амилокси-N-метокси-N'-4-нитрофенилмочевина (19b), выход 91%, бледно-желтое вязкое масло. Спектр ЯМР 1 H (300 MГц, CDCl 3 ):1,00 (д, 6H,CHMe 2 , 3 J = 6,6 Гц), 1,67 (к, 2H, OCH 2 CH 2 CH, 3 J = 6,6 Гц), 1,78 (нонет, 1H,CH 2 CHMe 2 , 3 J = 6,6 Гц), 3,94 (с, 3H, NOMe), 4,19 (т, 2H, NOCH 2 CH 2 , 3 J = 6,6 гц),7,71 (д, 2H, H 2,6 C6H4 , 3 J = 9,0 Гц), 8,18 (уш. с, 1H, NH), 8,26 (д, 2H, H 3,5 C6H4 , 3 J = 9,0Гц). Масс-спектр (FAB, H + , m/z, I отн , (%)): 336 [M+K] + (81), 298 [M+H] + (16), 71(100). Найдено, (%): C 52,31, H 6,68, N 14,03. C 13 H 19 N 3 O 5 . Вычислено, (%): C52,52, H 6,44, N 14,13.N-Метокси-N-этокси-N’-4-хлорфенилмочевина (19с), выход 62 %,желтоватое вязкое масло. Спектр ЯМР 1 H (300 MГц, CDCl 3 ):1,37 (т, 3H, OCH 2 Me,3 J = 7,2 Гц), 3,90 (с, 3H, NOMe), 4,18 (к, 2H, OCH 2 Me, 3 J = 7,2 Гц), 7,30 (d, 2H,H 2,6 C6H4 , 3 J = 9,3 Гц), 7,46 (д, 2H, H 3,5 C6H4 , 3 J = 9,3 Гц), 7,90 (уш. с, 1H, NH). Массспектр(FAB, H + , m/z, I отн , (%)): 247 [M+H] + (5), 245[M+H] + (13), 215 [M-MeO] +(40), 213 [M-MeO] + (100), 201 (8), 199 (33), 156 (18), 154 (37). Найдено (%): N11,40. C 10 H 13 N 2 O 3 Cl. Вычислено, (%): N 11,45.N-Метокси-N-этокси-N'-4-бромфенилмочевина (19d), выход 92 %,желтоватое вязкое масло. Спектр ЯМР 1 H (300 MГц, CDCl 3 ):1,39(т, 3H, OCH 2 Me,3 J = 7,2 Гц), 3,92 (с, 3H, NOMe), 4,21 (к, 2H, OCH 2 Me, 3 J = 7,2 Гц), 7,43 (д, 2H,H 2,6 C6H4 , 3 J = 9,0 Гц), 7,48 (д, 2H, H 3,5 C6H4 ,3 J = 9,0 Гц), 7,91 (уш. с, 1H, NH).Найдено, (%): N 9,78. C 10 H 13 N 2 O 3 Br. Вычислено, (%): N 9,69.N-Этокси-N'-2-нитрофенилмочевина получена из ортонитрофенилизоцианатаи EtONH 2 с выходом 93 % по стандартной методике,аналогичной ярко желтые кристаллы, т.пл. 141 - 142˚С. Спектр ЯМР 1 Н (300 МГц,(CD 3 ) 2 SO): 1,28 (т, 3H, OCH 2 Me, 3 J = 7,0 Гц), 3,93 (к, 2H, OCH 2 Me, 3 J = 7,0 Гц),7,25 (т.д., 1H, H 4 Ar , 3 J =7,95 Гц, 4 J =1,2 Гц); 7,75 т.д. (1H, H 5 Ar , 3 J =7,95 Гц, 4 J =1,2Гц);8,18 д.д. (1H, H 6 Ar , 3 J = 8,7 Гц, 4 J =1,2 Гц), 8,49 (д, 1H, H 3 Ar , 3 J = 8,7 Гц), 10,21(с, 1H, NH), 10,35 (с, 1H, NHO). Найдено, (%): N 18,50. C 9 H 11 N 3 O 4 . Вычислено,(%): N 18,66.N-Хлор-N-этокси-N’-2-нитрофенилмочевина (20) полученахлорированием tert-BuOCl N-этокси-N’-2-нитрофенилмочевины с последующимпромывом реакционной смеси гексаном, желтые кристаллы, т.пл. (с разл.) 65 -66˚С. Спектр ЯМР 1 H (300 МГц, CDCl 3 ): 1,48 (т, 3H, OCH 2 Me, 3 J = 7,2 Гц), 4,27 (к,2H, OCH 2 Me, 3 J = 7,2 Гц), 7,29 (т, 1H, H 4 Ar , 3 J =8,4 Гц), 7,74 (т, 1H, H 5 Ar , 3 J =8,4Гц), 8,30 (д, 1H, H 6 Ar , 3 J = 8,4 Гц), 8,74 (д, 1H, H 3 Ar , 3 J = 8,4 Гц), 11,41 (уш. с, 1H,NH).N-Метокси-N-этокси-N’-2-нитрофенилмочевина (21) получена из N-хлор-N-этокси-N’-2-нитрофенилмочевины 20 по методике, аналогичной методике21получения мочевин 17 и 19, с выходом 98 %, вязкая светло-желтая жидкость, n D1.5641, при длительном хранении застывающая в желтые кристаллы. СпектрЯМР 1 H (300 МГц, CDCl 3 ): 1,45 (т, 3H, OCH 2 Me, 3 J = 6,9 Гц), 3,96 (с, 3H, NOMe),4,25 (к, 2H, OCH 2 Me, 3 J = 6,9 Гц), 7,23 (т, 1H, H 4 Ar , 3 J =8,4 Гц), 7,71 (т, 1H, H 5 Ar , 3 J=8,4 Гц), 8,28 (д, 1H, H 6 Ar , 3 J = 8,4 Гц), 8,76 (д, 1H, H 3 Ar , 3 J = 8,4 Гц), 11,19 (уш. с,1H, NH). ИК-cпектр (, cм -1 ): 3330 (NH), 1749 (C=O), 1510 (NO 2 ), 1340 (NO 2 ).Масс-спектр (FAB, H + , m/z, I отн , (%)): 256 [M+H] + (17), 224 [M+H-МеОН] + (100).Найдено, (%): N 16,32. C 10 H 13 N 3 O 5 . Вычислено, (%): N 16,46.ISSN 2079.3944. Вісник НТУ “ХПІ». 2012. №44(950)111

Выводы: Таким образом, алкоголиз N-хлор-N-алкоксимочевин, N-хлор-Nалкокси-N'-арилмочевини N-хлор-N-алкоксикарбаматов в присутствиитрифторацетата серебра позволяет синтезировать труднодоступные и стерическизатрудненные N,N-диалкоксимочевины, N,N-диалкокси-N'-арилмочевины и N,Nдиалкоксикарбаматы,соответственно.Список литературы: 1. Штамбург В. Г., Рудченко В. Ф., Насибов Ш. С., Червин И. И.,Костяновский Р. Г. / N-Хлор-N-метоксиуретилан // Изв. АН. СССР. Сер. хим.- 1981. - № 2. - С.449 - 452. 2. Штамбург В. Г., Плешкова А. П., Сердюк В. Н., Ивонин С. П. / N-Ацетокси-Nметоксиуретилан// Журн. орган. хим. – 1999. – Т.35, № 7. - С.1120. 3. Штамбург В.Г., ГриневВ. М., Клоц Е. А., Цыганков А. В. / Метанолиз N-хлор-N-алкоксикарбаматов // Вісн.Дніпропетровськ. ун-ту. Хімія. – 2005. – Вип. 11. – С. 104 – 109. 4. Штамбург В. Г., Клоц Е. А.,Сердюк В. Н., Плешкова А. П. / Нуклеофильное замещение у азота в N-алкокси-Nхлоркарбаматах,N-алкокси-N-ацилоксикарбаматах и N-алкокси-N-ацилоксимочевинах // Вісн.Дніпропетровськ. ун-ту. Хімія. – 2000. – Вип. 5. – С. 13 – 27. 5. Штамбург В. Г., Клоц Е. А.,Сердюк В. Н., Плешкова А. П., Ивонин С. П. / Образование N-ацилокси-N-алкоксикарбаматов иN,N-диалкоксикарбаматов при нуклеофильном замещении хлора в N-хлор-Nалкоксикарбаматах// Укр. хим. журн. – 2001. – Т. 67, № 12. – С.94 – 97. 6. Штамбург В. Г.,Клоц Е. А., Плешкова А. П., Авраменко В. И., Ивонин С. П., Цыганков А.В, Костяновскиий Р.Г. /Геминальные системы. Сообщение 50. Синтез и алкоголиз N-алкокси-N-ацилоксипроизводныхмочевин, карбаматов, бензамидов // Изв. АН. Сер. хим. – 2003. - № 10. - С. 2132 – 2140. 7.Штамбург В. Г., Цыганков А. В., Плешкова А. П. / Синтез N,N-диалкоксикарбаматов и NH-N,N-диалкоксиаминов // Вісн. Дніпропетровськ. ун-ту. Хімія. – 2007. – Вип. 13. – С. 75 – 85. 8.Shtamburg V. G., Tsygankov A. V., Gerasimenko M. V., Shishkin O. V., Zubatyuk R. I., Mazepa A .V.,Kostyanovsky R. G. / New approach to N,N-dialkoxy-N’-arylureas and N,N-dialkoxycarbamates //Mendeleev Commun. – 2011. – V. 21, N1. – P. 50 – 52. 9. Glover S. A. / Anomeric Amides –Structure, Properties and Reactivity. // Tetrahedron. - 1998.- Vol. 54, № 26. - Р. 7229-727. 10. S. A.Glover, A. Goosen, C. W. McCleland, and J.L. Schoonraad / N-Alkoxy-N-acylnitrenium Ions asPossible Intermediates in Intramolecular Aromatic Substitution: Novel Formation N-Acyl-3,4-dihydro-1H-2,1-benzoxazines and N-Acyl-4,5-dihydro-1H,3H-2,1-benzoazepines // J. Chem. Soc.,Perkin Trans. I - 1984, N 10. – P.2255 – 2260. 11. S.A. Glover, A. Goosen, C.W. McCleland, and J.L.Schoonraad / N-Alkoxy-N-acylnitrenium Ions in Intramolecular Aromatic Addition Reactions //Tetrahedron - 1987.- Vol. 43, N 11. – P. 2577 – 2592. 12. S.A. Glover, C. A. Rowbottom, A. P. Scott/Alkoxynitrenium Ion Cyclizations: Evidence for Different Mechanisms in the Formation ofBenzoxazines and Benzoazepines // Tetrahedron - 1990. – Vol. 46, N 20. – P. 7247 – 7262. 13. Y.Kikugawa, and M. Kawase / Electrophilic Aromatic Sustitution with Nitrenium IonGenerated N-Chloro-N-methoxyamides // J. Am. Chem. Soc. - 1984. – Vol. 106, 19..- P. 5728 – 5729. 14. M.Kawase, T. Kitamura, and Y. Kikugawa / Electrophilic Aromatic Sustitution with N-Methoxy-NacylnitreniumIons Generated from N-Chloro-N-methoxyamides: Syntheses of Nitrogen HeterocyclicCompounds Bearing a N-Methoxyamide Group // J. Org. Chem..- 1989. – Vol. 54, N 14. – P. 3394 –3403. 15. Рудченко В.Ф., Шевченко В.И., Костяновский Р.Г. / Геминальные системы.Сообщение 28. Алкоголиз N-хлор-N-алкоксиамидов и синтез N,N-диалкоксимочевин // Изв.АН. СССР. Сер. хим.- 1986. - № 3. - С. 598-606. 16. Штамбург В. Г., Дмитренко А. А.,Плешкова А. П., Притыкин Л. М. / Получение α,ω-ди(N-алкокси-N’,N’-диметилкарбамоиламиноокси)олигооксаалканов алкоголизом α,ω-ди(N-хлор-N’,N’-диметилкарбамоиламиноокси)олигооксаалканов // Журн. орган. хим. – 1993. – Т.29, вып. 3. –С.1762 – 1771. 17. Shtamburg V. G., Shishkin O. V., Zubatyuk R. I.,. Kravchenko S. V, TsygankovA.V., Mazepa A. V., Klots E. A., Kostyanovsky R. G. / N-Chloro-N-alkoxyureas: synthesis, structureand properties // Mendeleev Commun. − 2006. – № 6. – P. 323 - 325. 18. В.Г. Штамбург, С. В.Кравченко, А. В. Цыганков, О. В. Шишкин, Р. И.Зубатюк, А. В. Мазепа, И. М. Ракипов, Д. А.Олефир, Е. А. Клоц / N-Хлор-N-алкоксимочевины как новая разновидность «аномерных»амидов. Влияние природы N’-заместителя на реакционную способность N-хлор-N-ISSN 2079.3944. Вісник НТУ “ХПІ». 2012. №44(950)112

алкоксиаминогруппы // Вісн. Дніпропетровськ. ун-ту. Хімія. – 2006. – Вип. 12. – С. 68 – 76. 19.Штамбург В. Г., Плешкова А. П., Сердюк В. Н., Ивонин С. П. /N-Ацилокси-N-алкоксимочевины// Журн. орган. хим. – 1999. – Т.29, вып. 10. – С.1578 – 1579. 20. Штамбург В. Г., Клоц Е. А.,Сердюк В. Н., Штамбург В. Г., Ивонин С. П. / Получение и алкоголиз N-ацилокси-Nалкоксимочевин// Укр. хим. журн. – 2002. – Т. 68, № 7. – С. 49 – 55. 21. Shtamburg V. G.,Shishkin O. V., Zubatyuk R. I., Kravchenko S. V., Shtamburg V. V., Distanov V. B., Tsуgankov A. V.,Kostyanovsky R. G. / Synthesis, structure and properties of N-alkoxy-N-(1-pyridinium)urea salts, N-alkoxy-N-acyloxyureas and N,N-dialkoxyureas // Mendeleev Commun. − 2007. - № 17. - P. 178 –180. 22. Perronnet J., Demoute J. P. / Approach to the 1-methoxy-2-benzimidazolinones // Gazz.Chim. Ital. -1982/ - Vol. 112. – P/507-511. 23. Romero A. G., Darlington W. H., McMillan M.W. /Synthesis of the Selective D 2 Receptor Agonist PNU-95666E from d-Phenylalanine Using aSequential Cyclization Strategy // J. Org. Chem. – 1997/ - V.62. –P/6582-6587. 24. Sheldrick G. M. /A system of computer programs for the determination of crystal structure from X-ray diffraction data// Acta Cryst., Sect. A. – 2008. – V.64. - P. 112-122.УДК 547.495:547.93Зручний метод синтезу N,N-диалкоксікарбаматів и N,N-диалкоксісечовин /Штамбург В. Г., Штамбург В. В., Герасіменко М. В., Мазепа О. В., Шишкін О. В., ЗубатюкР. І., Кравченко С. В. // Вісник НТУ «ХПІ». Серія «Нові рішення в сучасних технологіях». –Харків: НТУ «ХПІ». – 2012. - №44(950) . С. 96 - 113.Запропонований новий метод синтезу труднодоступних та стерично затруднених N,Nдиалкоксікарбаматіви N,N-диалкоксісечовин алкоголізом N-хлор-N-алкоксикарбаматів та N-хлор-N-алкоксисечовин, відповідно, у присутності трифторацетату Аргентуму. Іл.: 16.Бібліогр.: 24 назв.Ключові слова: N,N-диалкоксікарбамати, N,N-диалкоксісечовини, N-хлор-Nалкоксикарбамати,N-хлор-N-алкоксисечовини, трифторацетату Аргентуму.UDC 547.495:547.93The new synthesis method of N,N-dyalkoxycarbamates and N,N-dyalkoxyureas /Shtamburg V., Shtamburg V., Gerasimenko M., Mazepa A., Shishkin O., Zubatyuk R.,Kravchenko S.// Bulletin of NTU “KhPI”. Subject issue : New desicions of modern technologies. –Kharkiv: NTU “KhPI”. – 2012. – №44(950), Р. 96 - 113.The new synthesis method of hard-to-reach and sterically hindered N,N-dyalkoxycarbamatesand N,N-dyalkoxyureas by alkogolysys N-chloro-N-alkoxycarbamates anf N-chloro-N-alkoxyureasrespectively in the presence of argentums trifluoroacetate has been proposed. Im.: 16: Bibliogr.: 24Keywords: N,N-dyalkoxycarbamates, N,N-dyalkoxyureas, N-chloro-N-alkoxycarbamates, N-chloro-N-alkoxyureas, argentums trifluoroacetate.Надійшла до редакції 31.07.2012УДК 666.29.022:546.74А. А. ЮРЧЕНКО, аспір., НТУ «ХПИ», Харків;А. Н. БУТЕНКО, канд. техн. наук, проф., НТУ «ХПИ», ХарківКИНЕТИКА ПРОЦЕССА КИСЛОТНОГО ВЫЩЕЛАЧИВАНИЯСОЕДИНЕНИЙ НИКЕЛЯ (ІІ) ИЗ ВТОРИЧНОГО СЫРЬЯВ статье приведены основные методы переработки никельсодержащего сырья. Рассмотреныдостоинства гидрометаллургических способов извлечения никеля из вторичного сырья, вчастности железо-никелевых аккумуляторов. Рассчитаны основные кинетическиехарактеристики данного процесса. Из.: 2. Библиогр.: 9 назв.© А.А. ЮРЧЕНКО, А.Н. БУТЕНКО, 2012ISSN 2079.3944. Вісник НТУ “ХПІ». 2012. №44(950)113

Ключевые слова: никель (ІІ) гидроксид, извлечение, концентрацияВведениеНа Украине одним из весьма распространенных видов никельсодержащеговторичного сырья являются отработанные положительные электроды никельжелезныхаккумуляторов, в которых содержание никеля составляет примерно 8-10 % от массы аккумулятора. Ежегодные потери никеля с подобным ломомсоставляют тысячи тонн, поэтому актуальность переработки указанноговторичного сырья в последние годы существенно возросла. К сожалению, донастоящего времени так и не разработано общепринятых технологическихпринципов переработки вторичного никельсодержащего сырья. И все же, наоснове анализа множества литературных источников [1-5], можно выделить дваосновных способа: пирометаллургический, когда в качестве конечного продуктаизвлечения является ферроникель и гидрометаллургический – в этом случаеполучают как металлический никель, так и широкий спектр продуктов различныхсоединений никеля.В связи с этим в химической технологии предпочтение отдаютгидрометаллургическому способу переработки вторичного никельсодержащегосырья, характеризующегося сравнительно высокой экологичностью и низкимиэнергозатратами. Однако, описанные в литературе разновидности технологийгидрометаллургической переработки никельсодержащего сырья, в силуразличных обстоятельств, нашли применения лишь в лабораторных иполупромышленных масштабах. Они основаны на переработке твердыхникельсодержащих отходов с использованием аммиачного или кислотноговыщелачивания из них соединений никеля.Применение аммиачного выщелачивания [6] соединений никеля изположительных электродов никель-железных аккумуляторов не требуетпредворительной разборки ламелей и препятствует переходу в раствор одной изсамых трудно отделяемых примесей железа. К сожалению, малая растворимостьаммиакатов никеля (ІІ) в воде делают такой процесс экономическинерациональным для малых предприятий.При кислотном выщелачивании, металлические элементы, содержащиеся вактивной массе, переходят в сульфаты, нитраты, хлориды или другиеводарастворимые соединения. После чего из них получают соответствующиегидроксиды и подвергают очистке от примесей. Высокая растворимость солейникеля (ІІ) [7] делает кислотное выщелачивание этого металлического элементаболее эффективным, чем аммиачное. Однако кислотное выщелачивание требуетпредварительно осуществлять механическую разделку ламелей.Скорость выщелачивания может изменяться в ходе процесса, так как оназависит от концентрации реагентов, температуры, скорости перемешивания и т.д.Гетерогенный процесс выщелачивания включает в себя как минимум триосновных стадии [8], а именно транспорт реагентов к реакционной поверхности,само химическое взаимодействие и отвод растворенных продуктов в объемраствора. Поэтому очень важно, в связи с этим, нахождение лимитирующейстадии технологического процесса.ISSN 2079.3944. Вісник НТУ “ХПІ». 2012. №44(950)114

Целью данной работы было изучение основных кинетических характеристикпроцесса кислотного выщелачивания соединений никеля (ІІ) из положительныхэлектродов отработанных никель-железных аккумуляторов для изыскания путейусовершенствования известных технологий извлечения никеля изникельсодержащего сырья.Экспериментальная частьВ данной работе, особое внимание уделяли изучению зависимостиэффективности процесса от времени и температуры извлечения соединенийникеля (ІІ). Выщелачивание проводили из отработанной активной массы,предварительно полученной из ламелей, масса которой составляла 100 г. Объектисследования подвергали действию раствора разбавленной нитратной кислотыпри разных температурах и с обязательным условием постоянногоперемешивания реакционной смеси магнитной мешалкой, согласно уравнениюреакции (1):Ni(OH) 2 + 2HNO 3 = Ni(NO 3 ) 2 + 2H 2 O (1)Эксперимент проводили в интервале температур от 303 до 323 К.Полученные результаты отражающие зависимость массовой доли выщелаченныхсоединений никель (ІІ) от времени представлены на рис.1.На основе полученных данных можно сделать вывод, что повышениетемпературы способствует увеличению скорости выщелачивания, содержащегосяв активной массе элемента никеля.Для определения порядка реакции100перехода водонерастворимогоникеля (ІІ) гидроксида в егонитратиспользовалианалитический метод [9], или такназываемый, метод подстановки.Для этого полученныеэкспериментальные данныеподставляли в выражениеконстанты скорости разныхцелочисленных порядков исравнивали между собой значенияконстант скоростей для каждогокинетического уравнения.Массовая доля соединенийникеля (ІІ) в исходном сырье, %90807060504030201001 2 3 4 5 6 7 8 9Время выщелачивания соединений никеля(ІІ), часовТ=323Т=303Рис. 1. Зависимость степени извлечениясоединений никеля (ІІ) из активной массы отвремени выщелачивания1 ln0Для реакции первого порядка (2)1 1 1 для реакции второго порядка ; 0(3)1 1 1 для реакции третьего порядка 2 2 ,2 0(4)где ω 0 [Ni(OH) 2 ] - исходная массовая доля никель (ІІ) гидроксида в активноймассе положительных электродов отработанных никель-железныхISSN 2079.3944. Вісник НТУ “ХПІ». 2012. №44(950)115

аккумуляторов, %; ω[Ni(OH) 2 ] – остаточная массовая доля никель (ІІ) гидроксидав активной массе, %; τ – время контактирования, с.Расчеты показали, что значения констант скоростей для реакций 2-го и 3-гопорядка при температуре Т = 323 К изменяются в процессе протекания реакцииот 4 до 9 раз. В то время, как рассчитанные по уравнению реакции 1-го порядкаколеблются относительно некоторой средней величины равной2,7 · 10 -2 с -1 .Аналогичный вывод можно сделать и на основе расчета значений константскоростей и при остальных исследуемых температурах.С помощью полученных значений констант скоростей находили величинукажущейся энергии активации, температурный коэффициент реакции инекоторые другие кинетические показатели реакции образования никель (ІІ)нитрата.Для нахождения значения кажущейся энергии активации применялиуравнение Аррениуса, согласно которому:EakT2RT 1T2lnk T1 T T2 1, (5)R – мольная газовая постоянная, 8,31 Дж/моль·К.Полученное значение-ln k-0,80кажущейся энергии в среднем-0,90составляет 16387,54Дж/моль-1,00или 16,4 кДж/моль.-1,10Кажущуюся энергию-1,20активации определяли иβ-1,30графическим методом. В связи-1,401/Тс этим строили график3,3 3,35 3,4 3,45 3,5 3,55 3,6 3,65зависимости lnk от 1/Т (рис. 2), Рис. 2. Влияние температуры на константуиспользуя данные табл., а скорости реакции образования никель (ІІ)потом уже из такой нитрата из никель (ІІ) гидроксидаграфической зависимостинаходили значение tg β.Таблица - Зависимость константы скорости реакции образования никель (ІІ)нитрата от температурыТемпература, Т (1/Т) · 10 3 Константа скорости, k · 10 2 - ln k303 3,300 2,70 - 0,9932308 3,247 2,91 -1,0681313 3,195 3,14 - 1,1442318 3,145 3,53 - 1,2613323 3,096 4,04 - 1,3962Данные рис. 2 дают возможность рассчитать значения tg β, котороесоставляет 1,97 · 10 3 .ISSN 2079.3944. Вісник НТУ “ХПІ». 2012. №44(950)116

Зависимость кажущейся энергии активации от величины tg β можнопредставить известным уравнением: R tg(6)EaВ таком случае величина Е а составляетЕ а = 8,31 · 1,97 · 10 3 = 16,4 кДж/мольРасчитаное значение кажущейся энергии активации совпадает с найденнымвыше, что свидетельствует о их достоверности и характеризует процессобразования никель (ІІ) нитрата из никель (ІІ) гидроксида как такой, которыйпротекает во внешнедиффузионной области.Температурный коэффициент реакции γ находили используя эмпирическоеуравнение Вант-Гоффа:k5 298 (7)k278Величину температурного коэффициента исследуемого процессарассчитывали и исходя с одной из разновидностей уравнения Аррениуса:10Ea2e RT (8)Подстановка рассчитанного раннее значения Е а в приведенное уравнение (8)дает возможность получить значение температурного коэффициента реакции,которое в среднем составляет 1,209. Оно характерно для большинствагетерогенных реакций, которые протекают во внешнедиффузионной области.К основным кинетическим параметрам, характеризующим, какую-либо,химическую реакцию относят также энтальпию и энтропию активации.ΔΗ # = E a – RT, (9)где ΔΗ # - энтальпия активации, Дж/моль.При температуре 323 К, согласно уравнению (9), она принимает значение13703,41 Дж/моль.Энтропию реакции определяли по уравнению (10):S kNhEa8,31 ln R TRT#A где N A – постоянная Авогадро, 6,02·10 23 моль -1 ; h – постоянная Планка,6,63·10 -34 #Дж·с; S- энтропия активации, Дж/(моль·К); Т = 323 К.После подстановки в это уравнение экспериментальных данных, получили# S = - 240,52 Дж/(моль·К).ВыводыИсходя из всего выше приведенного можно сделать следующие выводы:1. В результате проведенных исследований установлено, что реакцияизвлечения соединений никеля (ІІ) нитратной кислотой из активной массыэлектродов отработанных железо-никелевых аккумуляторов протекает вовнешнедиффузионной области, о чем свидетельствуют значения ее кажущейсяэнергии активации Е а и порядка реакции n, равных соответственно 16,4 кДж/мольи 1.(10)ISSN 2079.3944. Вісник НТУ “ХПІ». 2012. №44(950)117

2. С повышение температуры увеличивается скорость выщелачиваниянитратной кислотой соединений никеля (II), подтверждение чему являютсязначения найденных констант скоростей и температурного коэффициентареакции.Список литературы: 1. Цыганов А. С. Производство вторичных цветных металлов и сплавов.– М.: Металлургиздат, 1961. – 302 с. 2. Худяков И. Ф., Дорошкевич А. П., Карелов С. В.Комплексное использование сырья при переработке лома и отходов тяжелых цветных металлов(Проблемы цветной металлургии). – М.: Металлургия, 1985. – 160 с. 3. Купряков Ю. П.Производство тяжелых цветных металлов из лома и отходов. – Харьков: Основа, 1992. – 399 с.4. Баранов А. А., Микуляк О. П., Резняков А. А. Технология вторичных цветных металлов исплавов. – Киев: Вища шк., Головное изд-во, 1988. – 163 с. 5. Борбат В. Ф., Лещ И. Ю. Новыепроцессы в металлургии никеля и кобольта. – М.: Металлургия, 1976. – 360 с. 6. Демидов А. И.,Красовицкая О. А. Извлечение никеля из отработанных электродов никель-железныхаккумуляторах в аммиачных расторах // Журнал прикл. химии. – 2000. – Т.73. – 10. – С.1656-1660. 7. Худяков И. Ф., Тихонов А. М., Деев Д. И., Набойченко С. С. Металлургия меди, никеляи кобальта в двух томах. – Т.2 Металлургия никеля и кобальта. – М.: Металлургия, 1977. –263с. 8. Демидов А.И., Красовицкая О.А. Кинетика выщелачивания соединений никеля изотработанных электродов никель-железных аккумуляторов в аммиачных растворах // Журналприкл. химии. – 2001. – Т.74. – 5 . – с.717-721. 9. Стромберг А. Г., Семченко Д. П. Физическаяхимия. – М.: Высшая школа, 1988. – 250 с.УДК 666.29.022:546.74Кінетика процесу кислотного вилучення сполук ніколу (ІІ) із вторинної сировини /Юрченко Г. О., Бутенко А. М. // Вісник НТУ «ХПІ». Серія «Нові рішення в сучаснихтехнологіях». – Харків: НТУ «ХПІ». – 2012. - № 44(950). С. 113-118.У статті наведено основні методи переробки нікельвмістюючої сировини. Розглянутопривади гідрометалургійних способів вилучення нікелю із вторинної сировини, зокрема залізонікелевихакумуляторів. Розраховані основні кінетичні характеристики даного процесу. Іл.: 2.Библіогр.:9. назв.Ключові слова: нікол (ІІ) гідроксиду, вилучення, концентраціяUDK 666.29.022:546.74Kinetics of the compounds acid leaching of nickel (II) from recycled materials/ YurchenkoA., Butenko A. // Bulletin of NTU “KhPI”. Subject issue: New desicions of modern technologies. –Kharkov: NTU “KhPI”. – 2012. - № 44(950), P. 113-118.A brief characteristic of main extraction method of Nickel (II) compounds from recyclablematerials that contain Nickel. A technology of selective extraction of Nickel (II) compounds frompositive plates of used accumulators is shown. Main kinetic parameters of this process have beencalculated. Im.:2 : Bibliogr.: 9Key words: nickel (II) hydroxide, the extraction, the concentration ofНадійшла до редакції 02.08.2012ISSN 2079.3944. Вісник НТУ “ХПІ». 2012. №44(950)118

УДК 661.152.32С. В. ДУДКА, вед. инж. ПАО «Укрхимпроект», Сумы;В. И. ТОШИНСКИЙ, д-р техн. наук, проф., НТУ «ХПИ», ХарьковМАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ БЕЗРЕТУРНОГОПРОЦЕССА ГРАНУЛООБРАЗОВАНИЯ УДОБРЕНИЙ МАРКИ«СУПЕРАГРО N:P 10:40»В статье представлено математическое моделирование безретурного процессагранулообразования удобрений марки «Суперагро N:P 10:40». Модель предлагает расчетоптимальных значений технологических параметров, основываясь на экспериментальныхданных. Даны рекомендации по ведению безретурного процесса гранулообразования. Из.: 1.Библиогр.: 4 назв.Ключевые слова: математическая модель, безретурный процесс, удобрение, нечеткаялогика.Постановка проблемыНа протяжении 2008-2012 гг. ОАО «Сумыхимпром» совместно с НТУ«ХПИ» проведены комплексные исследования по разработке технологиипроизводства нового высококонцентрированного азотно-фосфорного удобренияNPS 10:40:5. Синтезированное минеральное удобрение характеризуется высокойагрохимической эффективностью его внесение в агрохимической дозеобеспечивает повышение урожайности ярового ячменя на 27%. Однакоширокомасштабный выпуск данного удобрения сдерживается высокойсебестоимостью продукции связанной с низкой энергоэффективностью иневозможностью 100% получения продукции необходимого фракционногосостава. В связи с этим актуальной научно-технической задачей являетсяповышение эффективности данной технологии.Анализ последних исследованийВ работе [1] установлены оптимальные значения технологическихпараметров процесса пульпообразования в технологии фосфорсодержащихудобрений NPS 10:40:5. Однако авторами не были рассмотрена стадиягранулообразования этого удобрения, как этапа с наиболее низкойэнергоэффективностью. В работе [2] были проведены исследования процессагрнулообразования. Но на практике очень важно уметь правильно рассчитатьпараметры гранулообразования при заданном гранулометрическом составе.Поэтому Целью математической модели является расчет оптимальных значенийтехнологических параметров, основываясь на экспериментальных данных.Материалы и результаты исследованийИз анализа существующих методов по расчету гранулометрическогосостава[3] можно сделать вывод, что наиболее подходящей моделью являетсяуравнение 1dэKGм exp( (1)dрет 3( Gрет Gм(1 K))где Gрет – масса ретура, подаваемого в слой завесы© С.В. ДУДКА, В. И. ТОШИНСЬКИЙ, 2012ISSN 2079.3944. Вісник НТУ “ХПІ». 2012. №44(950)119

К- коэффициент гранулообразованияGм – количество сухой пульпы, подаваемой в слой завесы.dрет – диаметр ретура.Коэффициент гранулообразования для NPS 10:40:5 удобрений можнопредставить в виде функции (2)k f( PO2 5/ SO3; CaO / SO3; W; Tвых; Рразр; dкапли)(2)где PO 2 5/ SO 3- соотношение, характеризующее содержание PO 2 5и SO 3в пульпе;CaO / SO3- соотношение, характеризующее содержаниеСаО и SO3в пульпе;W - влажность пульпы;T - температура отходящих газов на выходе из БГС;выхРразр- давление разрежения создаваемое в БГС;dкапли- диаметр капли распыляемой пульпы в БГС.Диаметр эквивалентный гранул на выходе из БГС можно представить в видезависимости (3)1dэквn(3)mi1 diгде n - число фракций;mi- содержание i -й фракции, %;di- средний ситовой размер i -й фракции;Одним из современных подходов позволяющим принимать решения вусловиях нечеткой и неполной информации, является аппарат теории нечеткихмножеств [4].На основании данного аппарата разработана блок- схема решенияпоставленной задачи:1. Задание ожидаемого фракционного состава.2. Расчет эквивалентного диаметра гранул по уравнению 33. Расчет коэффициента гранулообразования по уравнениям 1 и 4.Диаметр и количество ретура, подаваемой в слой сухой пульпы принимаются какпостоянне величины.dэквln 1.570.5k (4)dэквln 1 0.5 4. Нормализация значений переменных:kiknorm (5)maxkiгде knorm- нормализованное значение одной из входящих переменных ;ki- исходное значение одной из входящих переменных.5. Расчет коэффициента гранулообразования по уравнению4 поэкспериментальным данным.6. Графическое изображение зависимости «коэффициентiISSN 2079.3944. Вісник НТУ “ХПІ». 2012. №44(950)120

гранулообразования- параметры» на координатной плоскости (рис.).Полученное графическое изображение можно представить в виде уравненийпрямых линий для определенного параметра и влияющего на его значениекоэффициента гранулообразования в виде уравнения (6)y Ak B, (6)где у – значение параметра;А – тангенс угла наклона с осью К;В – точка пересечения прямой с осью у.Каждое уравнениеограничено значениемкоэффициентомгранулообразования исоответствующим параметром6. Проверка диапазоновприминимости коэффициентагранулообразованиянайденного в п. 3 с граничнымизначениями.7. Нахождение точекпересечения полученного Рис. Графическое представление множествакоэффициентарешений задачи определения зависимостигранулообразования в п.3 с коэффициента гранулообразования отобластямизначений формирующих его факторов в виде нечеткотехнологических параметровзаданных величинрис.8. Переводим из нормализированных значений параметров в обычные поформуле 5.9. Вывод результатов. Определение технологических параметры прикоторых получается заданный граунометричесикй состав.Для автоматизации расчета на основании предложенной блок-схемы былоразработано программное приложение в Мicrosoft Exel. Результатами работыпрограммы стало построение графиков описывающие влияние технологическихпараметров на гранулометрический состав. Погрешность расчетов относительноэкспериментальных данных приведена в таблице.Таблица - Погрешность расчетов математической модели№Погрешн ДостоверностьПараметр гранулированияость, % апроксимации, R 21 соотношения Р 2 О 5 /SO 3 2,0 1,00002 соотношения CaО/SO 3 2,0 1,00003 влажности пульпы, % 3,0 0,99094 температуры сушильного0,97012,1агента,° С5 разрежения в БГС, кПа 3,3 0,9486 диаметра капли, мм 2,0 0,924ISSN 2079.3944. Вісник НТУ “ХПІ». 2012. №44(950)121

Данные погрешности, обусловленные несовершенством метода, а такжеупрощениями, и округлениями положенными в основу методики и расчета.ВыводыИз анализа полученных данных видно, что данная математическая модельадекватно описывает процесс гранулообразования новых NPS удобрений. Длядостижения фракционного состава 1% - менее 1мм, 98% - от1,5 до 4 мм, 1% -свыше 4мм на основании математической модели технологический процесснеобходимо вести по следующим параметрам соотношениеP2O 5 -8,6 ;соотношениеCaOSO3-1,91 ; влажность пульпы W – 43%; температура газов навыходе из аппарата БГС Т -101С ; разряжения в БГСвыхP - 0,01 кПа; диаметрразркапли dкапли – 0,1 мм;Выход товарной 1,5-4 мм на уровне 98% даст возможность в производствеотказаться от использования внешнего ретура, который получается на стадииклассификации и дробления, что повысит эффективность производства.Список литературы: 1. Клименко Р. М. Технологія азотно-фосфорних сірковміснихдобрив:дис. канд. техн. наук: 05.17.01/ Клименко Р. М. – Харків, 2010-143c. Бібліогр: с.51-62. 2.Дудка С. В. Иследование процесса пульпообразования в технологии гранулированияфосфорсодержащих удобрений марки «Супераро N:P 10:40»/С. В. Дудка, В. И.Тошинский, Р. Н.Клименко//Інтегровані технології та енергозбереження//Щоквартальний науково-практичнийжурнал.-Харьков:НТУ «ХПИ», 2012.-№3,-с.97-104 3. Классен П. В. Гранулирование [Текст]/ П.В.Классен, И. Г. Гришаев, И. Н.Шомин.- М.: Химия, 1991. – 240с 4. Беллман Р., Заде Л.Принятие решений в расплывчатых условиях // В кн.: Вопросы анализа и процедуры принятиярешений. М.: Мир, 1976.________________________________________________________________УДК 661.152.32Математичне моделювання безретурного процесу гранулоутворення добрив марки«Суперагро N: P 10:40»/ Дудка С.В., Тошинський В. І. //Вестник НТУ «ХПИ». Серия«Новые решения в современных технологиях». – Харьков: НТУ «ХПИ». – 2012. - № 44(950) .С. 119-122.У статті представлено математичне моделювання безретурного процесу гранулоутворення добрив марки «Суперагро N:P 10:40». Модель пропонує розрахунок оптимальнихзначень технологічних параметрів, грунтуючись на експериментальних даних. Данорекомендації з ведення безретурного процесу гранулоутворення. Іл.: 1. Библіогр.:4. назв.Ключові слова: математична модель, безретурний процес, добриво, нечітка логіка.UDK 661.152.32Mathematical modeling of bezreturnogo granule fertilizers grade "Superagro N: P 10:40»/Dudka S. , Toshinsky V.,//Bulletin of NTU “KhPI”. Subject issue: New desicions of moderntechnologies. – Kharkov: NTU “KhPI”. – 2012. - № 44(950), P. 119-122.The article represents mathematic modeling of unreturned process of granulation of «SuperagroN:P 10:40» fertilizer. The model retrieves calculation of optimal values of technologic parametersbased on experimental data. Recommendations for holding the unreturned process of granulation aregiven. Im.:1 : Bibliogr.: 4Keywords: mathematic model, unreturned process, fertilizer, indistinct logic.Надійшла до редакції 31.07.2012SOISSN 2079.3944. Вісник НТУ “ХПІ». 2012. №44(950)1223

УДК 628.31Н. А. БУКАТЕНКО, канд. техн. наук, доц., НТУ «ХПИ», ХарьковВЛИЯНИЕ рН СРЕДЫ НА ПРОЦЕСС ОЧИСТКИ МОЮЩИХРАСТВОРОВ МЕТОДОМ ПЕННОЙ ФЛОТАЦИИВ данной статье приведены экспериментальные исследования по влиянию величиныводородных показателей на процесс очистки моющих растворов. Из.: 2. Библиогр.: 5 назв.Ключевые слова: пенная флотация, степень очистки.ВведениеОдним из возможных методов очистки сточных вод (СВ) после мойкиавтомобилей от синтетических поверхностно-активных веществ (СПАВ),нефтепродуктов (НП) и взвешенных веществ является метод пенообразования[1]. Сущность метода пенного фракционирования различных веществзаключается в адсорбции поверхностно-активных веществ (ПАВ) границейраздела фаз раствор–газ и в непрерывном снятии поверхностного слоя. При этомнеобходимо соблюдение двух условий: выделяемые ПАВ должны обладатьхорошими пенообразующими свойствами и пена должна быть стабильной.Однако, нужно учесть возможности выделения тех веществ, которые сами необразуют устойчивой пены, но благодаря взаимодействию с имеющимися врастворе ПАВ, обладают способностью концентрироваться в пенном продукте [2,3].На эффективность процесса понижения концентрации СПАВ, НП иостаточного содержания взвешенных частиц (ВЧ) значительно влияет рНмоющих растворов (МР). От концентрации водородных ионов косвенно зависитскорость фильтрования и отстаивания, т.к. при ее изменении изменяется степеньагрегитирования частиц. Существует связь между водородным показателемжидкости и электрокинетическим потенциалом на поверхности твердых частиц,образующих суспензию [4].Основное содержание работыРезультаты влияния величины водородного показателя на процесс очисткиМР от малорастворимых загрязнений, в процессе пенной флотации, в интервалеизменений рН = 4 ÷ 9, приведены на рис.1 и 2. Исследования проводились пометодике, изложенной в научной работе [5].Рассмотрим поведение натриевой соли вторичных C 10 -C 18 алкилсульфатов вМР Н ср В ср С ср1 , представленное на рис.1. В кислой среде (рН = 4÷5) степеньпенного извлечения загрязнений увеличивается с 8 до 20 %. Появлениемаксимума на кривой в этом диапазоне величины рН происходит, очевидно, из-затого, что на характер поведения данного ПАВ накладывают свой отпечатокструктурные особенности образующейся пены.При увеличении рН до величины равной шести, степень очистки в этомрастворе возвращается до первоначального значения. Зависимость степени© Н. А. БУКАТЕНКО, 2012ISSN 2079.3944. Вісник НТУ “ХПІ». 2012. №44(950)123

очистки от величины рН в этом диапазоне почти идеально симметричнаотносительно рН = 5.Начиная с рН = 6 характерно закономерное увеличение степени очистки.При рН = 7 ÷ 8,2 степень пенного извлечения загрязненийснижается, что связано, очевидно, с увеличением концентрации ионовнатрия в исследуемом растворе, так как значение рН раствора изменяли спомощью NaOH. При дальнейшем увеличении величины рН, степень очисткирезко возрастает до величины равной около 80 %.Аналогичное поведение проявляют МР Н ср В ср С ср3 , содержащий в своемсоставе Синтамид–5 и МР Н ср В ср С ср4 , содержащий натриевую соль вторичныхC 10 -C 18 алкилсульфатов + 12% МЭА. Однако, кривые этих МР в диапазонезначений рН=4÷6 располагаются значительно выше кривой Н ср В ср С ср1 .Зависимость степени очистки отвеличины рН в этом диапазоне ужедалеко несимметрична относительнорН=5. При увеличении величины рНот шести до восьми данные растворы,в отличие от раствора Н ср В ср С ср1 , неимеют такого явно выраженногомаксимума и изменение степениочистки на этих участках кривых уних происходит более плавно. Придальнейшем увеличении рН, степеньочистки этих растворов такжеувеличивается. Однако, у раствораН ср В ср С ср3 это увеличениепроисходит до величины равнойболее 85 %, а у раствора Н ср В ср С ср4 –Рис. 1. Зависимость степени очистки отрН моющих растворов Н ср В ср С ср1 ,Н ср В ср С ср3 , Н ср В ср С ср4 при пеннойфлотациидо 55 %.Что касается поведения растворов Н ср В ср С ср2 , содержащего Лабомид 101 иН ср В ср С ср5 , содержащего соль триэтаноламина (см. рис.2), то в отличие от ранеерассмотренных растворов, в диапазонеизменения величины рН=4÷6, они ведутсебя совершенно по другому. Обараствора в этом диапазоне рН имеютминимумы. Для раствора Н ср В ср С ср2происходит снижение степени очисткис 67 до 20, а для раствора Н ср В ср С ср5 – с57 до 18 %. Появление минимума уэтих растворов объясняется, очевидно,тем, что в кислой среде происходитобразование недиссоциированныхмолекул алкилсульфатов натрия имолекул сульфокислот. С увеличениемщелочности растворов степень очисткиРис. 2. Зависимость степени очистки отрН моющих растворов Н ср В ср С ср2 ,Н ср В ср С ср5 , Н ср В ср при пенной флотацииISSN 2079.3944. Вісник НТУ “ХПІ». 2012. №44(950)124

возрастает, а затем при рН ≈ 7,2 снижается. Это снижение связано, по-видимому,с тем, что также как и для ранее рассмотренных растворов Н ср В ср С ср1 , Н ср В ср С ср3 ,Н ср В ср С ср4 , в этом диапазоне значений рН происходит увеличение концентрацииионов натрия в исследуемых растворах.Из рис. 1 и 2 видно, что для всех пяти изученных растворов, содержащихСПАВ, при рН ≈ 8,5 степень очистки у них составляет около 40 %. Наибольшаястепень очистки для всех пяти изученных растворов достигается при рН=9 иколеблется от 55 %, для раствора Н ср В ср С ср4 , содержащего натриевую сольвторичных С 10 -С 18 алкилсульфатов + 12% МЭА, до 98 % для раствора Н ср В ср С ср5 ,содержащего соль триэтаноламина. В ходе экспериментов было такжеустановлено, что в этом диапазоне значений рН во всех изучаемых растворахвыпадает осадок в виде "мыльной стружки".Для сравнения рассмотрим поведение раствора Н ср В ср без СПАВ.Зависимость степени очистки от величины рН для данного раствора приведенатакже на рис.2. Из рисунка видно, что в кислой среде степень очисткипрактически не изменяется. В щелочной среде это изменение уже существенно.Объяснить это изменение, по-видимому, можно увеличением концентрацииионов натрия в исследуемом растворе, которые в водных растворах могутпретерпевать определенные изменения при изменении реакции среды [3].Сравнивая полученные экспериментальные данные, представленные на рис.1и 2, с литературными данными зависимости пенного извлечения загрязнений отрН раствора для неионогенного ПАВ типа ОП-7, пальмитата калия итетрадецилсульфата натрия [3] следует отметить, что характер измененияполученных экспериментальных данных аналогичен литературным. Какполученные кривые, так и кривые, приведенные в литературе, имеют, примерно,одинаковое количество точек явно выраженного перегиба при соответствующихзначениях рН. Однако, кривые, приведенные в литературе, значительно выше пооси ординат, т.к. получены для растворов с содержанием СПАВ от 48 до 80мг/дм 3 . Аналогичных сведений по изучаемым в данной работе МР в литературене обнаружено.Для каждой кривой, представленной на рис.1 и 2, получены уравнениязависимости степени очистки исследуемых МР в процессе пенной флотации отвеличины рН этих растворов. Так как МР, содержащие СПАВ, имеют явныеточки перегиба, то для этих растворов были получены уравнения справедливыетолько для различных сред (соответственно для интервала рН = 4 ÷ 6 и интерваларН = 6 ÷ 9). Для раствора Н ср В ср , полученное уравнение справедливо для всегоисследуемого интервала изменения величины рН = 4 ÷ 9. Уравнения имеют вид:для раствора Н ср В ср С ср1S 1 = – 12,8рН 2 + 128,2рН – 300,2; (1)S 2 = 23,467рН 3 – 525,95рН 2 + 3903,8рН – 9549,1; (2)для раствора Н ср В ср С ср2S 1 = 38,25рН 2 – 390,95рН + 1018,5; (3)S 2 = 18,5рН 3 – 412,8рН 2 + 3035,7рН – 7299,6; (4)для раствора Н ср В ср С ср3S 1 = – 24,85рН 2 + 263,15рН – 650,2; (5)ISSN 2079.3944. Вісник НТУ “ХПІ». 2012. №44(950)125

S 2 = 10,55рН 3 – 226,5рН 2 + 1611,8 рН – 3761,2; (6)для раствора Н ср В ср С ср4S 1 = – 19,8рН 2 + 208,8рН – 498,8; (7)S 2 = 5,967рН 3 – 132,0рН 2 + 964,53рН – 2282,8; (8)для раствора Н ср В ср С ср5S 1 = 22,15рН 2 – 235,05рН + 641,5; (9)S 2 = 18,817рН 3 – 417,1рН 2 + 3062рН – 7392,1; (10)для раствора Н ср В срS = 2,732рН 2 – 26,995рН + 89,516, (11)где S – степень очистки, %.Погрешность аппроксимации полученных экспериментальных данных поуравнениям (1 – 11) не превышает 2%.ВыводыПроведенные экспериментальные исследования, по влиянию рН среды напроцесс очистки изучаемых МР методом пенной флотации, позволилиустановить, что оптимальным значением водородного показателя для данногопроцесса является величина рН > 9. В этом интервале значений водородногопоказателя, практически все изучаемые растворы со СПАВ, последополнительного отстаивания и фильтрования, имеют наибольшую степеньочистки от тонкодисперсных ВЧ. Однако, такое значение рН не отвечаеттребованиям, предъявляемым к оборотной воде для мойки автомобилей и к СВ,сбрасываемым в городскую канализацию.Список литературы: 1. Букатенко, Н. О. Очищення стічних вод після миття автомобілівметодом флотації [Текст] / Н. О. Букатенко // Інформаційні технології: наука, техніка,технологія, освіта, здоров’я : XII міжнар. наук.-практ. конф., 20-21 травня 2004 р. : анотаціїдоповідей. – Х., 2004 – С.680. 2. Очистка сточных вод с применением поверхностно-активныхвеществ [Текст] / В. Г. Березюк, О. В. Евтюхова, Ю. П. Беличенко, А. М. Касимов. – М.:Металлургия, 1987. – 96 с. 3. Пушкарев, В. В. Физико-химические особенности очисткисточных вод от поверхностно-активных веществ [Текст] / В. В. Пушкарев, Д. И. Трофимов. –М.: "Химия", 1975. – 144 с. 4.Унифицированные методы исследования качества вод.Совещание руководителей водохозяйственных органов стран – членов СЭВ : в 5 ч. [Текст] /[Разраб. Атасов А.]. – М.: Секретариат СЭВ, 1987 – . – Ч. 1: Методы химического анализа вод.Т. 1: Основные методы. – 1987. – 592 с. 5. Букатенко, Н. А. Исследования физико-химическихметодов очистки моющих растворов после мойки автомобилей [Текст] / Н. А. Букатенко //Вісник Національного технічного університету «ХПІ». – Х., 2012. – Вип. 1. – С. 90 – 100.________________________________________________________________УДК 628.31Вплив рН середовища на процес очищення миючих розчинів методом пінноїфлотації/ Букатенко Н. О. // Вісник НТУ «ХПІ». Серія «Нові рішення в сучаснихтехнологіях». – Харків: НТУ «ХПІ». – 2012. - № 44(950). С. 123-127У даній статті наведені експериментальні дослідження по впливу величини водневихпоказників на процес очищення миючих розчинів. Іл.: 2. Библіогр.:5. назв.Ключові слова: пінна флотація, ступінь очищення.UDK 628.31Effect of pH on the purification process of detergent solutions of the flotation of soap-suds/ISSN 2079.3944. Вісник НТУ “ХПІ». 2012. №44(950)126

Bukatenko N. // Bulletin of NTU “KhPI”. Subject issue: New desicions of moderntechnologies. – Kharkov: NTU “KhPI”. – 2012. - №44(950), P.123-127In this article the experimental data about an influence of hydrogen indices on the purificationprocess of detergent solutions are given. Im.:2 : Bibliogr.: 5.Key words: flotation of soap-suds, to a great extent of purification.Надійшла до редакції 10.09.2012УДК 628.16:676.12:628.3:676.088М. Д. ГОМЕЛЯ, д-р техн. наук, проф., НТУУ «КПІ», Київ;Т. О. ШАБЛІЙ, канд. техн. наук, доц., НТУУ «КПІ», КиївРОЗРОБКА МЕТОДІВ ОТРИМАННЯ КАТІОННИХ ФЛОКУЛЯНТІВДЛЯ ОЧИЩЕННЯ КОНЦЕНТРОВАНИХ СТІЧНИХ ВОДВивчено процеси катіонування поліакриламіду амінами та аміаком, визначено умовиефективної поліконденсації амінів з епіхлоргідрином з отриманням полікатіонітів, розробленопроцеси гідрофобізації при етерофікації оцтовою та акриловою кислотами. Дані флокулянтипідвищують ефективність освітлення вод. Іл.: 4. Бібліогр.: 7 назв.Ключові слова: флокулянт, флокуляція, освітлення, поліконденсація, полікатіоніт.ВступВирішення проблеми очищення стічних вод в значній мірі визначає станповерхневих водойм, якість води в централізованих системах водопостачання,так як водні об'єкти – місця скиду стічних вод в більшості випадків є джереламиводопостачання.В ряду задач, що вирішуються в процесах очищення стічних вод єінтенсифікація освітлення стічних вод перед їх біохімічним очищенням наміських очисних спорудах. Особливо гостро стоїть проблема при освітленністоків з високою концентрацією завислих речовин. Наприклад, на паперовихвиробництвах при використанні макулатури (особливо макулатури низькоїякості) концентрація завислих речовин в стічних водах сягає 3000-4000 (а інколи ібільше) мг/дм3. ХСК такої води також сягає тисяч мгО2/дм3. Очевидно, що беззначного освітлення такої води не можна очікувати ефективного її очищення наміських очисних спорудах, не можна сподіватися на повторне використання її увиробництві.Вирішити дану проблему в значній мірі можна при використанні ефективнихфлокулянтів. А враховуючи те, що завислі речовини та колоїдні домішки в данихстоках характеризуються негативними значеннями в нейтральному середовищі,то найбільш перспективними є катіонні флокулянти.Постановка проблеми, мета роботиНе дивлячись на широкий асортимент синтетичних флокулянтів, які сьогодніпропонуються на ринку України, проблема пошуку нових способів синтезуефективних флокулянтів є досить актуальною. Головна причина цьому – високіціни на існуючі полімери та значна їх токсичність. Так, найкращим катіоннимфлокулянтом, який забезпечує високу ефективність очищення стічних та© М. Д. ГОМЕЛЯ, Т. О. ШАБЛІЙ, 2012ISSN 2079.3944. Вісник НТУ “ХПІ». 2012. №44(950)127

природних вод, є поліетиленімін (ПЕІ). Проте він є токсичною речовиною здостатньо вираженими кумулятивними властивостями. ГДК ПЕІ длягосподарсько-побутових водойм складає 0,1 мг/дм3, а для рибогосподарськихводойм –0,001 мг/дм3. Крім того, при деструкції та зменшенні молекулярної масимолекул ПЕІ його токсичність різко зростає. Мономер етиленімін євисокотоксичною сполукою. Крім того, виробництво ПЕІ не впроваджено ні вУкраїні, ні в інших країнах СНД. Ціни на імпортований продукт на сьогодні дужевисокі, щоб використовувати його для очищення значних обємів стоків. З іншогобоку, поліакриламід (ПАА) є нетоксичною речовиною вітчизняного виробництва.Проте він має низьку ефективність при очищенні стоків навіть при застосуванні вкомпозиції з алюмінієвими коагулянтами. При індивідуальному використанні вінпрактично не впливає на ефективність відділення змулених речовин із стічнихвод при відстоюванні. Інший катіонний флокулянт – ВПК-402(полідиметилдиалліламонійхлорид), хоча і ефективніший в порівнянні з ПАА,проте є значно токсичнішим. ГДК для обєктів питного та господарськопобутовогопризначення становить 0,5 мг/дм3, проте він викликаєпатогістологічні зміни в життєвоважливих органах риб при концентрації у воді,0000125 мг/дм3 [1]. Важливим фактом є також те, що для синтезу ВПК-402використовують високотоксичні речовини – аліл хлористий та диметиламін.Найкращими флокулянтами для очищення вод є катіонні полімери з високоюмолекулярною масою (ММ=104-107), які найчастіше є полімернимичетвертинними амонійними солями або поліамінами.Синтезують їх найчастіше на основі етиленіміну, аліламінів, вінілпіридинів,стиролу, вінілбензолу, похідних акрилової кислоти, гуанідіну [2].Найдоступнішим мономером, що широко використовується для синтезуфлокулянтів є акрилонітріл, світове виробництво якого сягає 2,5 млн.т/рік [3-7].Поліакрилонітрил (ПАА) є найбільш поширеним неіонним флокулянтом. Найого основі отримують як аніонні флокулянти при модифікуванні його гідролізомв лужному середовищі, так і катіонні флокулянти при модифікуванні йогодиметиламіном.Слід відмітити, що катіонні флокулянти, отримані як при сополімерізаціїаміномістких мономерів з акриламідом, так і при його модифікуванні амінами, єдорогими реагентами, що в значній мірі обмежує їх застосування.Метою роботи була розробка методів синтезу полікатіонітів з доступноїсировини, методів катіонування поліакриламіду, оцінка ефективностірозроблених коагулянтів при очищенні стічних вод паперових виробництв, якіхарактеризуються високою каламутністю та агрегативною стійкістю.Виконання досліджень, аналіз отриманих результатівПерспективним реагентом для утворення катіонних полімерів єепіхлоргідрин. Особливість його будови така, що епоксидне кільце легковзаємодіє з амінами. Крім того, хлорметильна група також досить легко вступає вреакцію з амінами, що забезпечує утворення полімеру:ISSN 2079.3944. Вісник НТУ “ХПІ». 2012. №44(950)128

OR1R2NH+CH2-CH-CH2ClOHR1R2N-CH2-CH-CH2Cl(I) (1)OHnR1R2NCH2-CH-CH2Cl(I) (II) (2)OHt0COH-(R1R2N+CH2-CH-CH2 )n- nCl--(R1R2N+CH2-CH-CH2)n- nCl- +nNaOHOH(3)-(R1NCCH2-CH-CH2)n- + nNaCl + nR2OHРеакція (3) можлива, коли R2-=H-.Як аміни використовували анілін (R1-=C6H5-; R2-=H-), морфолін(R1R2=O(CH2CH2-)2), моноетаноламін (R1-=НОCH2СН2-; R2-=H-), метиламін(R1-=CH3-; R2-=H-), диетилентриамін (ДЕТА) (R1-=Н2NCH2CH2NHCH2CH2NH-; R2-=H-).При використанні аніліну отримали поліоксипропіленанілінхлоргідрат(Алколін-А) (структура ІІ, R1-=C6H5-; R2-=H-). Синтез вели протягом 15 годинпри температурі 140-150 0С. На початковому етапі до нагрітого розчину анілінупоступово додавали розчин епіхлоргідрину при температурі 70-80 0С. Післязмішування реагентів розчинник відганяли. Флокулянт є гідрофобним іефективний при вилучення з води гідрофільних домішок.Водорозчинні полімери отримано при використанні морфоліну,моноетаноламіну, метиламіну та диметилтриаміну. Метод синтезу як описановище. У випадку синтезу хлоргідратів поліамінів суміші амінів з епіхлоргідриномнагрівали при 140-150 0С (реакції 1,2). При отриманні поліамінів, при змішуванніепіхлоргідрину з аміном додавали розчин лугу (реакції 1, 2, 3). Далі, післявідділення розчинника, суміш нагрівали при температурі 140-150 0С.Були отримані поліоксипропіленморфолінійхлоргідрат (Алколін-МХ)(R1R2=О(CH2СН2-)2), поліоксипропіленетаноламін (Алколін-Е)(R1=НОCH2СН2-, R2=H), поліоксипропіленетаноламонійхлоргідрат (Алколін-ЕХ) (R1=НОCH2СН2-; R2=H), поліоксипропіленметиламін (Алколін-М)(R1=CH3-; R2=H), поліоксипропіленполідиметилентриамін (Алколін-ДТ)(R1=H2NCH2CH2NH-; R2=H), поліоксипропіленполідиетилентриамінхлоргідрат(Алколін-ДТХ) (R1=H2NCH2CH2NHCH2CH2NH-; R2=H).Отримані полімери– Алколін-Е, його хлоргідрат Алколін-ЕХ, Алколін-М,ISSN 2079.3944. Вісник НТУ “ХПІ». 2012. №44(950)129

Алколін-МХ, Алколін-ДТ та Алколін-ДТХ, є світло-жовтими полімерами, якіплавляться при нагріванні до 70–100 0С, дуже добре розчинні в воді. Добрерозчиняється в воді і сополімер аніліну, моноетаноламіну та епіхлоргідринуАлколін-АЕМ.Слід відмітити, що реальна структура полікатіонітів Алколін-ДТ та Алколін-ДТХ є значно складнішою, аніж це представлено в реакції (3). Так як молекуладиетилентриаміну містить не один, а три атоми азту з приблизно однаковоюреакційною здатністю, то скоріше за все полімер буде не лінійного, і сітчастоготипу хаотичної структури.При використанні в реакціях (1 і 2) 10 % надлишку епіхлоргідрину отрималиполімери Алколін-ДТХ-1, 20 % надлишку епіхлоргідрину - Алколін-ДТХ-2, 50 %надлишку - Алколін-ДТХ-3.Оскільки полімери типу Алколін-ДТХ є досить гідрофільними, то дляпідвищення їх гідрофобності обробляли оцтовою та акриловою кислотами. В разіоцтової кислоти відбувається етерифікація, або утворення амідів. В разівикористання акрилової кислоти, крім ефірних та амідних зв’язків, можливеалкілування амінних груп при взаємодії з вінільними групами:-N-H+CH2=CH2-X→-N-CH2CH2-X (4)Тому в даному випадку можливе зшивання полімерних молекул.Оцтову кислоту добавляли в кількості 0,2; 0,5; 1,0 моль на 1 моль ДЕТА,використаного при отриманні полімеру. Отриманим флокулянтам присвоїлишифри відповідно- Алколін-ДТО-0,2, Алколін-ДТО-0,5, Алколін-ДТО-1,0.Акрилову кислоту добавляли в кількості 0,1; 0,2 та 0,3 моля на 1 моль ДЕТА зотриманням відповідно флокулянтів Алколін-ДТА-0,1, Алколін-ДТА-0,2,Алколін-ДТА-0,3.Катіонування поліакриламіду (ПАА) проводили при використанні аміаку,амінів та формальдегіду (реакція(5)).-(CH 2 CH) n -+nHNR 3 R 4 +nCH 2 O-(CH 2 CH) n -+nH 2 OC(O)NH 2C(O)NHCH 2 NR 3 R 4 (IV) (5)де R3=H-, R4=H-; R3=H-, R4=-HNCH2CH2NH2; R3=CH3-, R4=CH3-.В роботі використовували 7 % гель ПАА з середньою молекулярною масоюприблизно 2000000.Процеси модифікації проводили з використанням різних співвідношеньреагентів (таблиці 1, 2, 3).Таблиця 1 - Співвідношення реагентів при модифікації поліакриламідуаміакомКількістьКількість реагентів, мольКонцентрація Шифр сполукиреагенту, грозчину, г/дм3ПАА NH3 формальдегід10,65 0,15 0,15 30 МПА-А-110,65 0,105 0,105 28 МПА-А-210,65 0,075 0,075 26 МПА-А-3ISSN 2079.3944. Вісник НТУ “ХПІ». 2012. №44(950)130

Таблиця 2 - Співвідношення реагентів при модифікації поліакриламідуетилендиаміномКількістьреагенту, гКількість реагентів, мольКонцентраціярозчину, г/дм3ШифрсполукиПАА НCl ЕДА формальдегід10,65 - 0,15 0,15 43 МПА-Е-110,65 - 0,105 0,105 37 МПА-Е-210,65 - 0,105 0,158 37 МПА-Е-310,65 - 0,075 0,075 32 МПА-Е-410,65 - 0,075 0,113 32 МПА-Е-510,65 - 0,075 0,15 32 МПА-Е-610,65 0,075 0,075 0,075 32 МПА-Е-710,65 0,15 0,075 0,07 32 МПА-Е-810,65 0,15 0,075 0,15 32 МПА-Е-9Для очищення стічних вод (ВАТ «Київський картонно-паперовий комбінат»)використані синтезовані флокулянти, що характеризуються більшимповерхневим зарядом, в порівнянні з ПАА. Їх ефективність порівнювали знайбільш ефективними флокулянтами фірм “Штокгаузен” та “Сіба”. Результатиприведено в таблицях 4-8 та на рис. 1–4.Таблиця 3 - Співвідношення реагентів при модифікації поліакриламідудиметиламіномКількість реагенту, г Кількість реагентів, моль Концентрація ШифрПАА ДМА формальдегід розчину, г/дм3 сполуки10,65 0,15 0,15 39 МПА-ДМ-110,65 0,105 0,105 33 МПА-ДМ-210,65 0,075 0,075 30 МПА-ДМ-3Таблиця 4 - Ефективність освітлення стічної води ВАТ “ККПК”синтезованими флокулянтами (Сзм.р.=2600 мг/дм 3 )РеагентЗалишкова концентраціяДоза,Об`єм осаду, Ступіньмг/дм 3 змулених речовин, Сзм.р.,см 3 /дм 3 освітлення, %мг/дм3- - 667 40 74,352 583 45 77,58ПАА5 667 54 74,3510 833 60 67,962 567 50 78,19МПА-Е-1 5 417 60 83,9610 385 60 85,19МПА-Е-4 10 583 50 77,58МПА-Е-6 10 367 85 85,88МПА-Е-7 10 433 60 83,35МПА-Е-8 10 567 60 78,19МПА-Е-9 10 500 70 80,77МПА-А-3 10 567 70 78,19ISSN 2079.3944. Вісник НТУ “ХПІ». 2012. №44(950)131

Як видно із таблиці 4, флокулянти, отримані при модифікуванні ПААетилендиаміном та аміаком по реакції Манніха, значно покращили ефективністьосвітлення води в порівнянні з ПАА. Флокулянти МПА-Е дозволили знизитизалишкову концентрацію завислих речовин до 367-433 мг/дм3 при використанні вдозах 2–10 мг/дм3. Для ПАА цей показник був на рівні 583–833 мг/дм3.Цікаво відмітити, що при використанні отриманих флокулянтів (МПА-Е таМПА-А) разом із сульфатом алюмінію (табл. 5) відмічено підвищенняефективності освітлення в порівнянні з самим сульфатом алюмінію, зполіакриламідом, з композицією поліакриламіду та сульфатом алюмінію.При цьому ефективність освітлення для МПА-Е-1 та Al2(SO4)3 близька докомпозиції Al2(SO4)3 та флокулянту фірми Штокгаузен “Праестол 611ВС”.Залишкові концентрації завислих речовин відповідно сягали 300 та 217 мг/дм3, аступені освітлення – 88,46 та 91,65 %. Як і в попередньому випадку, об'єм осадузростав з підвищенням ефективності освітлення. Відомо, що при освітленні водивідбувається значний вплив реагентів не лише на процес відстоювання, але і напроцес фільтрування. При освітленні води з високим вмістом завислих речовин(Сзм.р.=3500 мг/дм3) розроблені флокулянти мало впливали як на процесвідстоювання, так і на процес освітлення води при фільтруванні через зернистузагрузку (табл. 6). Проте при освітленні води з концентрацією завислих речовин1095 мг/дм3 ефективність розроблених флокулянтів зростає.Таблиця 5 - Ефективність освітлення стічної води ВАТ “ККПК” сумішшюфлокулянтів та коагулянту (сульфату алюмінію) (Сзм.р.=2600 мг/дм 3 )Залишкова концентрація Об`ємДоза,СтупіньРеагентзмулених речовин, осаду,мг/ дм3освітлення, %Сзм.р., мг/дм3 см3/дм3- - 733 40 71,81Al2(SO4)3 30 633 60 75,65Al2(SO4)3; 30;ПАА5400 80 84,62Al2(SO4)3; 30;ПАА, гідролізов. 5433 70 83,35Al2(SO4)3; 30;МПА-Е-15300 90 88,46Al2(SO4)3; 30;МПА-Е-75333 100 87,19Al2(SO4)3; 30;МПА-А-15500 100 80,77Al2(SO4)3; 30;Праестол 611ВС 5217 80 91,65При цьому в меншій мірі підвищується ефективність відстоювання, вбільшій мірі зростає ефективність освітлення при фільтруванні (табл. 7).Мінімальна концентрація завислих речовин при відстоюванні (Св) досягла 156мг/дм3 (Алколін-ДТА-0,2), без флокулянту - 245 мг/дм 3 . При фільтруваннівідмічено зниження концентрації завислих речовин (Сф) до 50-56 мг/дм 3ISSN 2079.3944. Вісник НТУ “ХПІ». 2012. №44(950)132

(Алколін-ДТА-0,2 та Алколін-М), без застосування флокулянтів Сф=136 мг/дм 3 .Ці показники близькі до результатів, отриманих з використанням імпортнихфлокулянтів (табл. 8), де мінімальні концентрації Сф сягають 46–49 мг/дм 3 , а Св –97–145 мг/дм 3 .Таблиця 6 - Ефективність очищення стічної води ВАТ “ККПК” синтезованимифлокулянтами (Сзм.р.=3500 мг/дм 3 )ЗалишковаРеагентконцентраціяСтупінь освітлення, Z,Доза,Об’єм осаду,мг/дм 3 змулених речовин,Сзм.р., мг/дм 3 см 3 /дм 3 %СВ СФ ZВ ZФ- - 950 273 40 72,86 92,202 1156 258 40 66,97 92,63Алколін-ДТ 5 1117 239 60 68,09 93,1710 1103 234 75 68,49 93,312 816 404 40 76,69 88,46МПА-А-1 5 842 457 60 75,94 86,9410 1093 298 70 68,77 91,492 1039 221 30 70,31 93,69Алколін-МХ 5 1132 384 50 67,66 89,0310 1082 298 60 69,09 91,492 925 255 60 73,57 92,71Алколін-М 5 914 302 70 73,89 91,37Праестол644ВС10 876 174 77 74,97 95,032 764 139 100 78,17 96,035 611 182 120 82,54 94,8010 276 114 140 92,11 96,74Таблиця 7 - Ефективність очищення стічної води ВАТ “ККПК” синтезованимфлокулянтами (Сзм.р.=1095 мг/дм3)ЗалишковаРеагентконцентрація Об’єм Ступінь освітлення,Доза,змулених речовин, осаду,Z, %мг/дм3Сзм.р., мг/дм3 см3/дм3СВ СФ ZВ ZФ- - 245 136 40,0 77,63 87,582 274 107 40,0 74,98 90,23Алколін-МХ 5 258 96 57,5 76,44 91,2310 260 97 62,5 76,26 91,142 217 120 47,5 80,18 89,04Алколін-М5 168 70 50,0 84,66 93,6110 159 56 55,0 85,48 94,892 272 98 50,0 75,16 91,05Алколін-ДТ5 266 91 55,0 75,71 91,6910 310 77 70,0 71,69 92,97Алколін-ДТА-0,22 203 118 50,0 81,46 89,225 169 91 55,0 84,57 91,69ISSN 2079.3944. Вісник НТУ “ХПІ». 2012. №44(950)133

МПА-А-1МПА-А-2МПА-ДМ-1Продолжение таблицы 710 156 50 62,5 85,75 95,432 241 98 40,0 77,99 91,055 254 107 50,0 76,80 90,2310 271 124 57,5 75,25 88,682 293 114 45,0 73,24 89,595 304 113 50,0 72,24 89,6810 315 100 70,0 71,23 90,872 257 83 45,0 76,53 92,425 252 107 50,0 76,99 90,2310 253 124 65,0 76,89 88,68Таблиця 8 - Ефективність очищення стічної води ВАТ “ККПК” флокулянтамивиробництва фірм “Штокгаузен” та “Сіба” (Сзм.р=1095 мг/дм 3 )ЗалишковаРеагентконцентрація Об’єм СтупіньДоза,мг/дм 3 змулених речовин, осаду, освітлення, Z, %Сзм.р., мг/дм 3 см 3 /дм 3СВ СФ ZВ ZФ- - 245 136 40 77,63 87,582 181 99 80 83,47 90,96Магнофлок 10115 211 116 90 80,73 89,4110 215 127 110 80,36 88,40Магнофлок 10Магнофлок 919Праестол611ВСПраестол650ВСПраестол853ВС2 145 102 70 86,76 90,685 144 120 100 86,85 89,0410 169 126 120 84,57 88,492 97 92 75 91,14 91,605 153 104 85 86,03 90,5010 117 99 90 89,32 90,962 181 79 60 83,47 92,795 156 71 70 85,75 93,5210 150 46 90 86,30 95,802 236 101 60 78,45 90,785 257 66 65 76,53 93,9710 669 56 80 38,90 94,892 684 125 50 37,53 88,585 735 67 70 32,88 93,8810 374 49 90 65,84 95,53Флокулянти на основі епіхлоргідрину та ДЕТА (Алколін-ДТХ та Алколін-ДТА)ISSN 2079.3944. Вісник НТУ “ХПІ». 2012. №44(950)134

показали високу ефективність нелише в даній партії води, але і приосвітленні води з концентрацієюзавислих речовин 1339 мг/дм3(рис. 1-4). Самі полікатіонітиАлколін-ДТХ поступаютьсяфлокулянтам ВПК-402 та ПЕІ.Проте модифіковані акриловоюкислотою полімери (Алколін-ДТА) та оцтовою кислотою(Алколін-ДТО) не поступаютьсяпо ефективності ПЕІ, який вцілому є досить ефективним ізабезпечуєС зм . р ., мг/л3503002502001501005000 20 40 60Д, мг/лАлколін-ДТХ-1Алколін-ДТХ-2Алколін-ДТХ-3Алколін-ДТА-0,1Алколін-ДТА-0,2Алколін-ДТА-0,3Рис.1. Залежність концентрації змуленихречовин від типу та дози флокулянтаступінь освітлення >95 % та зниження концентрації завислих речовин до 20–50мг/дм3 при відстоюванні води.Рис. 2. Залежність ступеню освітленняводи від типу та дози флокулянту(Сзм.р.= 1339 мг/дм3)Рис. 3. Залежність залишковоїконцентрації змулених речовин відтипу та дози флокулянту(С зм.р. = 1339 мг/дм3)В цілому можнасказати, що більшість ізрозроблених флокулянтівсуттєво підвищуютьефективність освітленнястічних вод паперовихвиробництв в порівнянніз поліакриламідом, а рядреагентів за своєюефективністю непоступаються відомимвисокоефективнимкатіонним флокулянтамВисновкиРис. 4. Залежність ступеню освітлення від типута дози флокулянту (Сзм.р.= 1339 мг/дм 3 )ISSN 2079.3944. Вісник НТУ “ХПІ». 2012. №44(950)135

Розроблено спосіб отримання полікатіонітів шляхом поліконденсації амінів зепіхлоргідрином. Визначено умови катіонування поліакриламіду з допомогоюформальдегіду та аміаку або амінів. Визначено ефективність розробленихфлокулянтів при очищенні стічних вод паперових виробництв. Показано, що рядпродуктів поліконденсації амінів з епіхлоргідрином та продукти катіонуванняполіакриламіду суттєво підвищують ефективність освітлення стічних вод як привідстоюванні, так і при фільтруванні, і в ряді випадків не поступаються заефективністю дорогим імпортним катіонним флокулянтам.Список літератури: 1. А. Ю. Чернобережский, Л. К. Коровин, А. М. Бейм. Токсикологическаяоценка флокулянта ВПК-402 для очистки сточных вод / Бумажная промышленность. – 1990. -№ 9. – С. 14. 2. Вейцер Ю. И., Минц Д. М. Высокомолекулярные флокулянты в процессахочистки природных и сточных вод. – М.: Стройиздат, 1984. – 200 с. 3. Абрамова Л.И.Получение катионных флокулянтов на основе сополимеров акриламида / Абрамова Л.И.,Наволокина Р.А., Зильберман Е.Н., Данов С.М. // Журнал прикл. химии. – 1996. – Т. 69, № 9. –С. 1572-1574. 4. Пат. 4514551 США, МКИ С 08 F 2/38. Process for the preparation of cationicpolymers: Пат. 4514551 США, МКИ С 08 F 2/38/ Furuno Akihisa, Inukai Kenichi, Ogawa Jasuo;Mitsubischi Rayon Co., Ltd, Liafloc Co., Ltd. - № 572753; Заявл. 23.01.84; Опубл. 30.04.85; № 58-8799 (Япония); Приор. 24.01.83; НКИ 526/233. 5. Казанцев О.А. Синтез полимерногофлокулянта на основе акриламида, формальдегида и диэтиламина / Казанцев О.А., ШирминК.В., Казаков С.А., Иголкин А.В., Кузнецова Н.А. // Изв. вузов. Химия и хим. технология. – 2002.– Т. 45. - № 2. – С. 59-61. 6. Quancai Wu. Синтез и применение катионных флокулянтов приобратной эмульсионной полимеризации // Shiyou huagong gaodeng xuexiao xuebao = I. Petochem.Univ. – 1997. – Т. 10, № 3. – С. 27-29. 7. Пат. 1180827 Канада, МКИ С 02 F 1/56. Polymericflocculants: Пат. 1180827 Канада, МКИ С 02 F 1/56/ Guillet James E, Heskins Michael, Murray D.Gary. - № 399215; Заявл. 23.03.82; Опубл. 08.01.85; НКИ 526/233.УДК 628.16:676.12:628.3:676.088Розробка методов получения катионных флокулянтов для очисткиконцентрированных сточных вод / Гомеля Н. Д., Шаблий Т. А. // Вестник НТУ «ХПИ».Серия «Новые решения в современных технологіях». – Харьков: НТУ «ХПИ». – 2012. - №44(950). С. 127-136.Изучены процессы катионирования полиакриламида аминами и аммиаком, определеныусловия эффективной поликонденсации аминов с эпихлоргидрином с получениемполикатионитов, разработаны процессы гидрофобизации при этерофикации уксусной иакриловой кислотами. Данные флокулянты повышают эффективность осветления вод. Из.: 4.Библиогр.: 7 назв.Ключевые слова: флокулянт, флокуляция, осветление, поликонденсация, поликатионит.UDK 628.16:676.12:628.3:676.088Technological monitoring at scenario control of production processes / Zigunov O.,Kishenko V. / Bulletin of NTU “KhPI”. Subject issue: New desicions of modern technologies. –Kharkov: NTU “KhPI”. – 2012. - № 44(450). P. 127-136.The processes of cation exchange between polyacrylamide and amines and ammonia wereinvestigated, conditions for effective polycondensation of amines with epichlorohydrin obtainingpolicationites were defined, processes of hydrophobization while etherification with acetic and acrylicacids were developed. These flocculants increase the efficiency of water clarification. Im.: 4:Bibliogr.: 7Keywords: flocculant, flocculation, clarification, settling, polycondensation, polycationit.ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕНадійшлаАСПЕКТЫдо редакції 30.06.2012СОВРЕМЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЙISSN 2079.3944. Вісник НТУ “ХПІ». 2012. №44(950)136

УДК 621.315.592И. Ф. ЧЕРВОНЫЙ, д-р техн. наук, проф., зав. каф., ЗГИА, Запорожье;Ю. В. РЕКОВ, асп., ген. дир. ЧАО «Завод полупроводников», Запорожье;В. Ф. ЧЕРВОНЫЙ, инж.-конструктор, Мелитополь;С. Г. ЕГОРОВ, канд..техн.наук, доц., ЗГИА, ЗапорожьеО НАДЕЖНОСТИ ПРОЦЕССА ПОЛУЧЕНИЯПОЛИКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО КРЕМНИЯС ПРИМЕНЕНИЕМ КРЕМНИЕВЫХ ЗАТРАВОКРассмотрено влияние характеристик кремниевых затравок на надежность технологическогопроцесса поликристаллических стержней кремния в процессе водородного восстановленияхлорсиланов. Показано, что предельная прочность кремния на изгиб является лимитирующимзвеном при обеспечении надежности технологического процесса. Из.: 5. Библиогр.: 8 назв.Ключевые слова: кремний, поликристаллический кремний, прочность на изгиб и сжатие,кремниевая затравка, устойчивость стержней кремнияВведениеРазвитие электроники, электротехники, автомобилестроения, энергетики,включая атомную, солнечную и др., тесно связано с использованиемвысокочистого полупроводникового кремния. Кремний продолжает оставатьсяосновным исходным материалом в производстве полупроводниковых приборов ифотопреобразователей для солнечной энергетики. В настоящее время основнуюдолю поликристаллического кремния электронного и солнечного качества,получаемого в мировой промышленности (80…90 %), производят методомводородного восстановления трихлорсилана, а (10…20) % кремния - изтетрахлорсилана и моносилана. Наиболее распространен и хорошо отработанметод производства поликристаллического кремния с использованием процесса иреактора “Сименс”, которые используются уже более 50 лет. Этот метод являетсянаиболее распространенным и используется основными производителямикремния.Увеличение потребления изделий электронной техники и значительный роств последние годы фотоэлектрической энергетики привело к росту производствамонокристаллического кремния. Вкачестве исходного сырья дляполучения монокристаллическогокремнияиспользуетсяполикристаллический кремний.Если в 2005 г. производствополикристаллического кремниясоставило около 26 тыс. т, то в2011 г. оно достигло 172 т.Согласно данным [1, 2] объемОбъемпроизводства, тыс. т7005003001000100159 172 188 219 5706392009 2010 2011 2012 2015 2020ГодРис. 1. Мировое производствополикристаллического кремния© И.Ф. ЧЕРВОНИЙ, Ю.В. РЕКОВ, В. Ф. ЧЕРВОНИЙ, С. Г. ЕГОРОВ, 2012ISSN 2079.3944. Вісник НТУ “ХПІ». 2012. №44(950)137

производства поликристаллического кремния имеет существенный рост за счетинтенсивного развития солнечной электроэнергетики (рис. 1).Процесс изготовления поликристаллического кремния состоит из рядапоследовательных операций: выращивания кремниевых основ (далее Siзатравок),установка их в специальный реактор и последующее проведениепроцесса водородного восстановления хлорсиланов (рис. 2).реакторSi-затравкадержательоснованиереактораабгазSiHCl 3+H2электр.энергияа) б) в)Рис. 2. Элементы технологии поликристаллического кремния: а – выращиваниеSi-затравок; б – установка Si-затравок в реактор; в - поликристаллическийкремния, фото взято из [3]; 1 – выращиваемый пруток-подложка; 2 – фронткристаллизации; 3 – зона расплава; 4 – плавильный индуктор; 5 – исходныйкристалл кремния; h – высота зоны расплаваЦель работыЦелью работы являлось исследование устойчивости стержнейполикристаллического кремния в процессе водородного восстановленияхлорсиланов.Выполнение исследований и обсуждение результатовВыращивание Si-затравок осуществляют методом вертикальнойиндукционной бестигельной зонной плавки в вакууме или в газовой среде и кним предъявляются специальные требования по механической прочности [4]. Этосвязано с тем, что для организации процесса водородного восстановления Siзатравкимонтируют вертикально в реакторе восстановления трихлорсилана иони должны обеспечивать устойчивость наращиваемых стержнейполикристаллического кремния (см. рис. 2).Процесс водородного восстановления проводят осаждением кремния изподаваемой в реактор парогазовой смеси трихлорсилана и водорода наразогретые прямым пропусканием электрического тока Si-затравки с исходнымдиаметром 5…10 мм. С течением процесса восстановления на Si-затравкенаращивается поликристаллический кремний. Получаемые стержниполикристаллического кремния диаметром от 100 до 300 мм (в зависимости отцели процесса) используются для последующего выращивания монокристаллов иизготовления полупроводниковых приборов.Процесс водородного восстановления силанов имеет технологическиеISSN 2079.3944. Вісник НТУ “ХПІ». 2012. №44(950)138

особенности. В процессереакции восстановления притемпературе ~1050 С атомыкремния осаждаются наповерхности Si-затравки,увеличиваямассуполикристаллическогостержня кремния. Однако нанезначительном участке Siзатравкив области держателяновыеслоиполикристаллическогокремния не осаждаются,вследствие усиленноготеплоотвода непосредственноРВспомогательный опорный стакана) б)Рис. 3. Расположение поликристаллическогокремния в реакторе: а – схема; б – видполикристаллических стержней в реакторе послеокончания процесса; Р – реконструкциякрепления Si-затравки (выполнена авторами); 1 –стержень кремния; 2 – Si-затравка; 3 – держательSi-затравкидержателем (см. рис. 3 б).Напряжения, которые возникают в Si-затравке, имеют две составляющие:напряжения сжатия сж от массы наращиваемого поликристаллического стержняи напряжения изгиба (растяжения-сжатия) и на участке l (см. рис. 3 а). Дляупрощения оценки прочности Si-затравки, согласно [5], приняты следующиедопущения:2– предел прочности при сжатии принят сж 5250 кг см , как средняявеличина из значений (4900…5600 кг/см 2 ).2– предел прочности при изгибе принят и 2100 кг см , как средняя величинаиз значений (700…3500) кг/см 2 ;– модуль упругости Е=1,08910 6 кг/см 2 .Напряжения сжатия сж определяли, в соответствии с рекомендациями [6-8],по следующей зависимостисж2 D2Q L 4 D L 2F d d 4, кг/см 2 ,где Q – вес поликристаллического стержня, кгF – площадь поперечного сечения Si-затравки, см 2 ;D – диаметр стержня поликристаллического кремния, см;L – общая длина поликристаллического стержня, с учетом технологическогоудвоения и длины соединяющей перемычки а, L=2H+a, см;H – длина (высота) поликристаллического стержня, см; – удельный вес кремния, кг/см 3 ;d – диаметр Si-затравки, см.Для анализа в расчетах использовали следующие величины, близкие кпрактики промышленной технологии производства поликристаллическогокремния: диаметр Si-затравки от 5 до 10 мм; диаметр поликристаллического123ISSN 2079.3944. Вісник НТУ “ХПІ». 2012. №44(950)139

кремния от 50 до 300 мм; длину (высоту) поликристаллического стержня от 2000до 3000 мм; длину перемычки принимали равной 250 мм. Результаты расчетовнапряжения сжатия в Siзатравкиприведены на 500016000 сж.max =5243рис. 4.40002Как видно из3000 32000рисунка, сж во всем1000исследованном 0 диапазоне не превышает5 10 15 20 25 30 35предела прочности и Siзатравкаобеспечиваетнадежность процессаполученияполикристаллическихстержней кремния.Напряжениесжатия, кг/см 2Диаметр поликристаллического стержня, смРис. 4. Зависимость напряжения сжатия в Si-затравкеот диаметра поликристаллического стержня идиаметра Si-затравки: 1, 2 и 3 – диаметр Si-затравки: 1– 5 мм; 2 – 7 мм; 3 – 10 ммВторым фактором, влияющим на прочность Si-затравки, является изгиб еепод воздействием массы нарощенного поликристаллического кремния.Напряжение изгиба определяется по зависимостиМии ,Wгде М и – момент изгиба от сил инерции; М=Ql;W – момент сопротивления опорной части (двух опор), W=0,1d 3 .Предельное напряжение для Si-основы определяется, как суммарноенапряжения сжатия и напряжения изгиба: пред сж и.Максимальные напряжения в Si-затравке будут определяться следующимобразом. Si-затравка подвергается сжатию от веса наращиваемого слояполикристаллического кремния и изгибу от раскачивания, вызванногослучайными возмущениями. При колебании возникают силы инерции и,соответственно, изгибающий момент в Si-затравке. Результирующие напряженияв Si-затравке в зоне растяжения и,maxи зоне сжатия сж,maxопределяются последующим зависимостямQ Мипред сж и .2FWи,maxсж пред; сж,max сж пред.В соответствии с [8], знак «минус» указывает на растяжение, знак «плюс» -соответствует сжатию Si-затравки.Максимальный изгибающий момент Мизг,maxв зоне растяжения составляетМ,maxW 2 0,1d3изгпред пред ,где 2 – коэффициент, учитывающий спаренные Si-затравки в процессеводородного восстановления хлоридов кремния.В процессе наращивания поликристаллического стержня (увеличение егомассы) на Si-затравку действует изгибающий момент, приводящий к наклонувсего стержня (см. рис. 5 а).ISSN 2079.3944. Вісник НТУ “ХПІ». 2012. №44(950)140

При достижении или превышении предельной величины и , Si-затравкаприводится к разрушению, и, соответственно, к аварийному прекращениюпроцесса производства поликристаллического кремния.Угол наклона сечения Si-затравки составитP 2 3 3предl Mизг,max lпред20,1d l сж и20,1d l , рад .2EJ 2 4EJ 4EJ 4EJгде J – момент инерции сечения опорной части, J=0,05d 4 см 4 .Максимально возможное отклонение (амплитуда колебания) на плече L3Lсжи 20,1d lA Ltg L, см ,4EJгде tg=, вследствие малости угла.АLlзонарастяжениязонасжатияА м плитудаколебаний, см5,04,03,02,01,00 5 10 15 20 25 30 35Диаметр поликристаллического стержня, см123а)Амплитудаколебаний, см2,52,01,51,00,50 5 10 15 20 25 30 35Диаметр поликристаллического стержня, смб) в)Рис. 5. Зависимость напряжения изгиба в Si-затравке от диаметраполикристаллического стержня и диаметра Si-затравки: а – схема изгиба Siзатравки;б – и при L=3000 мм; в - и при L=2000 мм; 1, 2 и 3 – диаметр Siзатравки:1 – 5 мм; 2 – 7 мм; 3 – 10 ммРезультаты расчетов напряжения изгиба в Si-затравки приведены на рис. 5.При этом предельные значения отклонения поликристаллического стержня А предсоставляют: для d Si-затр =0,5 см – 1,16 см; d Si-затр =0,7 см – 0,83 см; d Si-затр =1,0 см –0,58 см. При изготовлении поликристаллических стержней длиной 3000 ммнапряжения изгиба в Si-затравке превышают предельные значения, что необеспечивает надежность процесса. Поскольку максимально возможноеотклонение находится в прямо пропорциональной зависимости от длины Lстержня кремния, то изменением длины стержня можно регулировать егоотклонение от предельных значений. Например, при длине стержня 2000 ммдопустимым становится выращивание поликристаллических стержней кремниядиаметром до 200 мм (см. рис. 5 в). В промышленной практике для повышениянадежности процесса применяют технологический прием путем установки вобласти крепления Si-затравки (см. рис. 3 б) вспомогательного опорного стакана.ISSN 2079.3944. Вісник НТУ “ХПІ». 2012. №44(950)141123

В процессе водородного восстановления хлоридов кремния вспомогательныйопорный стакан зарастает осаждающимся поликристаллическим кремнием исоздает дополнительную опору для стержня кремния, значительно повышаяустойчивость поликристаллического стержня.ВыводыВ технологи производства стержней поликристаллического кремния следуетобращать внимание на надежность процесса, с учетом предела прочности наизгиб Si-затравок. При обеспечении прочности на сжатие, колебания стержней,возникающие от собственных характеристик кремния и постороннихнеуправляемых возмущений, могут привести к разрушению Si-затравки исозданию аварийных ситуаций в технологическом процессе. Для повышениянадежности процесса целесообразно применять дополнительныетехнологические приемы, повышающие опорные характеристики стержнейполикристаллического стержня.Cписок литературы: 1. Gunther, Edgar A. Global Poly-si Demand-Supply. PhotovoltaicPolysilicon Conundrum [Электронный ресурс]. – Режим доступа:http://guntherportfolio.com/2011/05/photovoltaic-polysilicon-conundrum/, свободный. – Заглавие сэкрана. – Яз. англ. – выборка 01.07.2012.2. Tremblay, Jean-François. OCI Bets On Polysilicon[Электронный ресурс]. – Режим доступа: ttps://pubs.acs.org/cen/news/89/i18/8918notw6.html,свободный. – Заглавие с экрана. – Яз. англ. – выборка 25.07.2012.3. Osborne, By Mark. IHSiSuppli: Polysilicon spot prices to stabilize at US$23/kg by the end of 2013 [Электронный ресурс]. –Режимдоступа:ttp://www.pvtech.org/news/ihs_isuppli_polysilicon_spot_prices_to_stabilize_at_us23_kg_by_the_end_of_2, свободный. – Заглавие с экрана. – Яз. англ. – выборка 15.07.2012. 4. Фалькевич, Э. С.Технология полупроводникового кремния [Текст] / Э. С. Фалькевич, Э. О. Пулънер, И. Ф.Червоный, Л. Я. Шварцман, В. И. Яркий, И. В. Салли ; под ред. проф., докт. техн. наук Э.С.Фалькевича. – М : Металлургия, 1992. – 408 с. – Библиогр.: с. 399-407. – 1170 экз. – ISBN 5-229-00740-0. 5. Реньян, В. Р. Технология полупроводникового кремния [Текст] / В. Р. Реньян ;перевод с англ. Туровского Б. М., Нашельского А. Я., Шушлебиной Н. Я., Баташева В. И. иКоролькова А. Г. под ред. Шашкова Ю. М. – М. : Металлургия, 1969. – 336 с. – Библиогр.: с.322-332. – 2300 экз. 6. Миролюбов, И. Н. Пособие к решению задач по сопротивлениюматериалов [Текст] / И. Н. Миролюбов, С. А. Енгалычев, Н. Д. Сергиевский, Ф. З. Алмаметов, Н.А. Курицын, К. Г. Смирнов-Васильев, Л. В. Яшина. –М. : Высшая школа, 1967. – 482 с. –Библиогр.: с. 478-479. – 50000 экз. 7. Дарков, А. В. Сопротивление материалов [Текст] :Учебник для втузов / А. В. Дарков , Г. С. Шпиро. – изд. 4-е. – Высш. школа», 1975. – 654 с. –90000 экз. 8. Подскребко, М. Д. Сопротивление материалов [Текст] : учебник / М. Д.Подскрсбко. - Минск: Выш. шк., 2007. – 797 с. – Библиогр.: с. 791-792. – 2700 экз. – ISBN 978-985-06-1293-9.__________________________________________________________________________________УДК 621.315.592Про надійність процесу отримання полікристалічного кремнію із застосуваннямкремнієвих затравок/ Червоний І. Ф., Реков Ю. В., Червоний В. Ф., Єгоров С. Г.// // ВісникНТУ «ХПІ». Серія «Нові рішення в сучасних технологіях». – Харків: НТУ «ХПІ». – 2012. - №44(950). С. 137 – 143.Розглянуто вплив характеристик кремнієвих затравок на надійність технологічногопроцесу полікристалічних стержнів кремнію в процесі водневого відновлення хлорсиланів.Показано, що гранична міцність кремнію на вигин є лімітуючою ланкою при забезпеченнінадійності технологічного процесу. Іл.: 5. Бібліогр.: 8 назв.ISSN 2079.3944. Вісник НТУ “ХПІ». 2012. №44(950)142

Ключові слова: кремній, полікристалічний кремній, міцність на вигин і стискування,кремнієва затравка, стійкість стержнів кремніюUDK 621.315.592About reliability of process of receipt polysilicon with the use of silicic fuses/ I. Chervony,Y. Rekov, W. Chervony, S. Egorov // Bulletin of NTU “KhPI”. Subject issue: New desicions ofmodern technologies. – Kharkov: NTU “KhPI”. – 2012. - №44(950). P. 137 – 143.Influence of descriptions of silicon fuses is considered on reliability of technological process ofpolysilicon bars of silicon in the process of hydrogen renewal of silicon chloride. It is shown thatmaximum durability of silicon on a bend is a limiting link at providing of reliability of technologicalprocess. Im.:5 : Bibliogr.: 8Keywords: silicon, polysilicon, durability on a bend and compression, silicic fuse, stability ofbars of siliconНадійшла до редакції 30.07.2012УДК 537. 868Б. Г. ЕМЕЦ, д-р физ.-мат. наук, проф., ХНУ им. В.Н. Каразина, Харьков;Е. Б. АЛМАЗОВА, ассис, НТУ «ХПИ», ХарьковРОСТ ОБЬЕМА СВОБОДНОГО ВОЗДУХА В ВОДЕ, ОБЛУЧЕННОЙЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМИ ВОЛНАМИПолучено, что облучение жидкой воды низкоинтенсивными электромагнитными волнамисантиметрового диапазона обеспечивает увеличение объема свободного воздуха,содержащегося в воде. Это изменение обусловлено переносом части газа, растворенного вводе, в воздушные пузырьки. Из.: 0. Библиогр.: 11 назв.Ключевые слова: электромагнитные волны, облучение, воздушные пузырьки.ВведениеПостановка проблемы в общем виде и ее связь с важнейшими научнымии практическими задачами.Во многих технологических процессах используются вода и водныерастворы. Качество конечного продукта, в значительной мере, определяетсяпараметрами воды. Актуальными являются работы по поиску бесконтактныхспособов изменения свойств воды – путем облучения ее электромагнитными(ЭМ) волнами. Важным вопросом остается установление механизма, по которомуЭМ волны влияют на свойства воды.Анализ последних исследований и публикаций.В работах [1-4] продемонстрировано влияние ЭМ полей на параметры воды.Например, в [1,3,4] получено, что действие (при комнатной температуре) наводные образцы ЭМ волн низкой интенсивности (не превышающей 10 мВт/см 2 )изменяет некоторые физические свойства воды (в, частности, оптическуюплотность), которые затем сохраняются в течение десятков минут. Авторысчитают, что наблюденный результат – проявление значительных изменений вструктуре жидкой воды. Такое объяснение не может быть признано корректным,поскольку как известно, интервалы времени между последовательнымисоударениями молекул в жидкости (при комнатной температуре) составляют с ~© Б.Г. ЄМЕЦЬ, О.Б. АЛМАЗОВА, 2012ISSN 2079.3944. Вісник НТУ “ХПІ». 2012. №44(950)143

10 -12 10 - 11 c [5]. Это обстоятельство исключает возможность принять, чтоизмененные структурные перестройки в воде будут сохраняться в течениевремени, более чем на 12 порядков превышающее с .Целью данной работы является установление последовательностисобытий, приводящих к увеличению оптической плотности образца воды,подвергнутого облучению ЭМ волнами.Теоретические предпосылкиДля объяснения результатов [3,4] рассмотрим предположение, согласнокоторому, ответственность за изменения оптических свойств жидкости несетувеличение размеров макроскопических газовых включений (пузырьков),содержащихся в воде. ЭМ волны низкой интенсивности в состоянии увеличитьих суммарный объем, тем самым, на сравнительно продолжительное времяизменить некоторые свойства жидкости.Если ЭМ волны (частоты ) облучают образец, то в единице объемапоследнего каждую секунду выделяется тепловая энергия [6]:q v = [ 0 (Е 2 ) ср + 0 (Н 2 ) ср ]. (1)Здесь и - мнимые части относительных диэлектрическойпроницаемости среды и магнитной проницаемости среды, соответственно; 0 -электрическая постоянная; 0 - магнитная постоянная; Е и Н – напряженностиэлектрической и магнитной компонент поля волны в облучаемой среде, а индекс«ср» означает усреднение по времени.В воде всегда имеются воздушные пузырьки; на конкретный пузырекрадиуса а действует т.н. термокапиллярная сила, вызывающая поступательноедвижение пузырька в поле температурного градиента [7]:F T = - 2 а 2 grad T d/dT. (2)здесь σ - коэффициент поверхностного натяжения на границе газа ижидкости; Т - температура.Перемещение пузырька в жидком образце осуществляется не толькоблагодаря термокапиллярной силе: кроме нее, на него действуют и подъемная(архимедова) сила, и сила, вызванная наличием градиента напряженностиэлектрического поля электромагнитной волны, распространяющейся в воде (т. н.электрическая «градиентная» сила), и сила лучевого давления, и силы,обусловливающие броуновское движение пузырька.Двигаясь под действием указанных сил, пузырек испытывает деформации, внем возбуждаются колебания. Колебания пузырька, безусловно, возбуждаются иакустическим полем, порожденным температурной волной, возникающей приЭМ облучении. Резонансная частота пузырька (для случая, когда амплитудаколебаний мала по сравнению с радиусом пузырька а) определяется изсоотношения [8]:f 0 = ( 2 а) -1 [ 3 -1 ( P h + 2 /а )] 1/2 , (3)где Р h - гидростатическое давление в жидкости; - отношение удельныхтеплоемкостей c p /c v газа; - плотность жидкости. Из этого выражения следует,что в воде воздушные пузырьки радиуса а 1 = 10 -6 м резонируют на частоте f 1 4ISSN 2079.3944. Вісник НТУ “ХПІ». 2012. №44(950)144

10 6 Гц , пузырьки радиуса а 2 = 10 -7 м - на частоте f 2 10 8 Гц , а пузырьки радиусаа 3 = 10 -9 м резонируют на частоте f 3 10 11 Гц. Резонирующий пузырекпериодически изменяет свой радиус, пульсирует. Пульсирующий пузырек в водеявляется акустическим излучателем первого порядка. Такой излучатель называютмонополем; характеристики излучаемого им поля подробно рассмотрены в [9].Поскольку в воде содержится огромное количество воздушных пузырьков разныхрадиусов (их статистический ансамбль описывается функцией распределения поразмерам [8]), в жидкости реализуется широкий спектр акустических частот,обусловленный пульсациями пузырьков.Рассмотрим реальную среду, представляющую собой жидкую матрицу, вкоторой растворен воздух с взвешенными в ней газовыми пузырьками. Учтем,что концентрация растворенного в жидкости газа пропорциональна давлениюэтого газа над его поверхностью (закон Генри). Следовательно, равновеснаяконцентрация воздуха, растворенного в воде при атмосферном давлении равнаС 0 = k г Р атм . (4)Здесь k г – коэффициент Генри. Соответственно, вблизи поверхностипузырька устанавливается концентрация воздухаС а = k г Р g = k г Р атм [1 + 2 / (Р атм а) ]. (5)Если ввести в рассмотрение С - концентрацию растворенного воздуха вдалиот пузырька (т. е. на расстоянии а), то можно записать выражение длядиффузионного потока газовых молекул (закон Фика) через пограничный(припузырьковый) слой жидкости толщиной d :J = D (С - C а ) S а d -1 (6)Здесь D – коэффициент диффузии газовых молекул; S а – поверхностьпузырька, S а = 4а 2 . Направление потока газовых молекул (внутрь пузырька илииз него – наружу) зависит от соотношения между концентрацией газа в жидкостивдали от пузырька (С ) и концентрацией у поверхности пузырька (C а ).Возможны три варианта соотношения концентраций :1. С C а . Жидкость перенасыщена газом и поток газовых молекулнаправлен в пузырек. При этом пузырек увеличивает свои размеры.2. С C 0 , следовательно, выполняется и условие С C а . Жидкостьнедонасыщена газом. Поток газовых молекул направлен из пузырька. Пузырекуменьшается в размерах.3. С = C а . (Или С = C 0 = C а для “больших” пузырьков, таких, у которых2 / (P атм а) 1). Этот случай соответствует насыщенной жидкости. Пузырексохраняет свой радиус неизменным (стабильным), равным а 0 . В этом случаеC стаб а = C 0 [1 + 2 / (P атм а 0 )]. (7)Мы рассмотрели условия, при которых газ в пузырьке находится вравновесии с газом, растворенным в жидкости. Учтем факт наличияакустического поля в жидкости. Пузырек в акустическом поле пульсирует, т. е.попеременно сжимается и расширяется. При расширении пузырька концентрациягаза в нем уменьшается и газ (согласно выражению (6)) диффундирует изжидкости в пузырек. При следующей фазе колебания пузырек сжимается ипроисходит диффузия газа из пузырька в жидкость. КоличествоISSN 2079.3944. Вісник НТУ “ХПІ». 2012. №44(950)145

продиффундировавшего газа пропорционально площади поверхности пузырька(S а = 4а 2 ), которая в стадии расширения больше, чем в стадии сжатия. В силуэтого полной компенсации диффузионных потоков (за интервал времени, равныйпериоду пульсации) не происходит; масса газа, заполнившая пузырек в процессеего расширения, превышает массу газа, ушедшего из пузырька при его сжатии,так что в целом за период количество газа в пузырьке возрастает. Этот потокпринято называть выпрямленным (односторонним) диффузионным потоком, асамо явление – выпрямленной (односторонней) диффузией [10]. В итоге, вакустическом поле размеры пузырьков растут, суммарный объем «пузырькового»воздуха в воде увеличивается.Против увеличения суммарного объема «пузырькового» воздуха в сосуде сжидкостью действует тепловая конвекция. Она обеспечивает конвективноекрупномасштабное перемещение больших масс жидкости, вынося на свободнуюповерхность выросшие пузырьки, которые здесь покидают жидкую среду.Поэтому эффект роста суммарного объема пузырьков можно наблюдать лишьпри сравнительно низких интенсивностях облучающих ЭМ волн (ограничениепорядка 10 мВт/см 2 ). При высоких интенсивностях, конвекция,активизирующаяся в жидком объеме, препятствует сохранению выросшихпузырьков в сосуде с жидкостью.Экспериментальные результатыИспользовались образцы дважды дистиллированной воды (объем 0,6 см 3 ),помещенные в пробирку из стекла сорта «пирекс». Облучение велосьгенератором типа Г 4 – 83 (длина волны 3,2 см; интенсивность 5 мВт/см 2 ).Контроль концентрации свободного воздуха в воде (определение объемнойдоли свободного воздуха - V F ) осуществлялся с помощью ядерного магнитногорезонанса (ЯМР) по методике, предполагающей измерение времен ядерноймагнитной релаксации [11]. Суть ее состоит в использовании количественныхзависимостей между размерами макроскопических газовых включений,содержащих парамагнитные молекулы, и временем поперечной магнитнойрелаксации. И облучение и измерения велись при комнатной температуре.Таблица 1- Зависимость объемной доли свободного воздуха отпродолжительности облученияПродолжительность 0 30 60 150 210облучения, минОбъемная доля своб. 5,2воздуха, 10 - 8 0,312,0 0,415,9 0,420,2 0,421,0 0,5Как следует из таблицы, облучение воды приводит к росту объема«пузырькового» воздуха. Рост размеров пузырьков - рассеивающих центров вводе, подвергнутой облучению, повидимому, явился основной причиной,позволившей авторам работ [3,4] зафиксировать увеличение оптическойплотности водных образцов.После прекращения облучения измененная величина V F медленновосстанавливается (за время, порядка продолжительности облучения) кISSN 2079.3944. Вісник НТУ “ХПІ». 2012. №44(950)146

исходному значению, т. е. к тому, которым обладал образец до облучения (5,210 -8 ). Процесс этот реализуется сравнительно медленно, поскольку идет подиффузионному механизму.Выводы1. Пульсирующие в водном образце воздушные пузырьки увеличиваютсвои размеры в температурном поле, созданном облучающимиэлектромагнитными волнами. Это обстоятельство повышает величинусветорассеяния (и оптическую плотность) водного образца.2. С ростом продолжительности облучения объемная доля свободного“пузырькового” воздуха увеличивается.Список литературы: 1.Богданов, Е. В. Основные положения эквикластерной модели воды[Текст] / Е. В. Богданов, Г. М. Мантрова // Естественные и технические науки.- 2002.- № 1.– С.8-18. 2. Shimokawa, S. Effect of sunlight on liquid structure of water [ Текст ] / S. Shimokawa, T.Yokono, M. Yokono, T. Yokokava, T. Araiso // Jap. J. Appl. Phys. Pt. 1.- 2007.- V. 45.- No 1.- P. 333-335. 3. Плаксин, И. Н. Влияние частоты электрического поля на оптические и структурныесвойства воды [Текст] / И. Н. Плаксин, С. А. Брунс, В. А. Чантурия, Р. Ш. Шафеев // ДАНСССР. – 1966. Т.168, № 1. С. 152-153. 4. Киселев, В. Ф. О влиянии слабых магнитных полей иСВЧ – излучения на некоторые диэлектрические и магнитные свойства воды и водныхрастворов [Текст] / В. Ф. Киселев, А. М. Салецкий, А. П. Семихина // Теоретическая иэкспериментальная химия. – 1988. – № 3. – С. 330-334. 5. Френкель, Я. И. Кинетическая теорияжидкостей [Текст] / Я. И. Френкель. – Ленинград: Наука, 1976. – 592 с. 6. Ландау, Л. Д.Электродинамика сплошных сред [Текст] / Л. Д. Ландау, Е. М. Лифшиц. – М.: Наука, 1982. –620 с. 7. Кузнецов, В. М. О движении газовых пузырьков в жидкости под действием градиентатемператур [Текст] / В. М. Кузнецов, Б. А. Луговцов, Е. И. Шер // Журнал прикладнойматематики и теор. физики. – 1966. – № 1. – С. 124-126. .8. Гаврилов, Л. Р. Содержаниесвободного газа в жидкостях и методы его измерения [Текст] / Л. Р. Гаврилов // Физика итехника мощного ультразвука. Книга 3. Физические основы ультразвуковой технологии / Подред. Л. Д. Розенберга. – М.: Наука, 1970. – С. 395-426. 9. Исакович, М. А. Общая акустика[Текст] / М. А. Исакович. – М.: Наука, 1973. – 495 с. 10. Hsieh, D.G. Theory of rectified diffusionof mass into gas bubbles [Текст] / D. G. Hsieh, M. S. Рlesset // J. Acoust. Soc. Amer. – 1961. – Vоl.33, № 2. – P. 206 - 215. 11. Емец, Б. Г. Определение методом ядерного магнитного резонансасредних размеров и концентрации воздушных пузырьков, содержащихся в воде [Текст] / Б.Г.Емец // Письма в Журнал технической физики. – 1997. – Т. 23, № 13. – С. 42-45.УДК 537. 868Збільшення вмісту вільного повітря у воді, що опромінена електромагнітнимихвилями / Ємець Б. Г., Алмазова О. Б. // Вісник НТУ «ХПІ». Серія «Нові рішення в сучаснихтехнологіях». – Харків: НТУ «ХПІ». – 2012. - №44(950) . С. 143 -148.Одержано, що опромінення рідкої води низькоінтенсивнимиелектромагнітними хвилями сантиметрового діапазону забезпечує зростаннявільного повітря, що міститься у воді. Це збільшення викликане перенесенням убульбашки частини газу, що розчинений у воді. Іл.: 0. Библіогр.:11. назв.Ключові слова: електромагнітні хвилі, опромінення, повітряні бульбашки.UDK 537. 868Increase of content of free air in the water caused by the action of electromagnetic waves/ISSN 2079.3944. Вісник НТУ “ХПІ». 2012. №44(950)147

Emets B., Almazova E. // Bulletin of NTU “KhPI”. Subject issue: New desicions of moderntechnologies. – Kharkov: NTU “KhPI”. – 2012. - №44(950). P. 143 -148.The volume growth of the free air contained in water caused by low-intense centimeter waves isobtained. This change is caused by rectified diffusion of the dissolved air mass into bubbles. Im.:0 :Bibliogr.: 11Кeywords: electromagnetic waves, irradiation, air bubbles.Надійшла до редакції 06.08.2012УДК 665.9В. В. ЛЕБЕДЕВ, канд. техн. наук, доц., НТУ «ХПИ», Харьков;А. И. КАРЕВ, студент, НТУ «ХПИ», Харьков;С. А. ЧАВРОВ, студент, НТУ «ХПИ», ХарьковРЕОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКИ ЧИСТЫХМАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ ПОЛИМЕРНЫХ И ОРГАНИЧЕСКИХОТХОДОВПроведены реологические исследования экологически чистых древесно-полимерныхматериалов на основе отходов полипропилена и органических отходов. В качестве наиболееоптимальных материалов для переработки методами литья под давлением для получениялистовых материалов выбраны древесно-полимерные материалы с использованием древесноймуки и муки хвои. Из.: 3. Библиогр.: 6 назв.Ключевые слова: отходы, полимеры, древесные, реология, оптимизация, переработка.ВведениеВ настоящее время проблема утилизации промышленных отходов различныхотраслей промышленности является наиболее важной с точки зрениябезопасности и успешности будущих поколений [1-3]. Значительную долю вовсем объеме отходов составляют полимерные материалы, которые применяютсяпрактически во всех сферах жизнедеятельности человека. Последнее времянаходят широкое распостранение полимерные композиционные материалы наоснове отходов термопластов (полиэтилена (ПЭ), полипропилена (ПП) и др.) сприменением органических отходов (опилки, отходы орехов и т.п.) [4-5].Интересным является оптимизация их составов с целью получения материалов иизделий с высокими технологическими и эксплуатационными характеристиками.Цель работыЦелью работы является исследование реологических характеристикдревесно-полимерных материалов на основе отходов полипропилена (ВПП) иорганических отходов и подбор оптимального их состава для переработки ихметодом литья под давлением в зависимости от состава, содержаниянаполнителей, его вида и дисперсности.Методика экспериментовНа одношнековом лабораторном экструдере был получен древеснополимерныйматериал на основе ВПП и органических отходов (древесная мука,мука хвои, лиственная мука) с содержанием древесной составляющей от 10 до50%. Реологические свойства материала определялась при скоростях сдвига,© В.В. ЛЕБЕДЕВ, А. И. КАРЕВ, С. А. ЧАВРОВ, 2012ISSN 2079.3944. Вісник НТУ “ХПІ». 2012. №44(950)148

характерных для переработки методом литья под давлением. Изучениереологических характеристик образцов проводили на капиллярном вязкозиметрепостоянного тока марки ИИРТ-АМ-1.Обсуждения полученных данныхТечение двухфазных систем несколько отличается от течения чистыхполимеров. Различают два типа двухфазного течения, исходя из степени фазовогоразделения. Один тип – двухфазный поток дисперсной системы, в котором одинкомпонент существует как дисперсная фаза, диспергированная в другомкомпоненте, образующем непрерывную фазу. Другой тип – это послойноетечение, в котором оба компонента образуют непрерывные фазы, имеющиенепрерывную поверхность раздела. В нашем случае при наполнении не более50% полимер течет по первому типу и подчиняется степенному закону течения.После обработки данных, были получены кривые течения в областипереработки литьем под давлениемДПК с различным процентнымсодержанием древесной муки (рис.1).Как мы смогли убедиться из данныхграфиков, при наполнении до 50%материал является вязкотекучим, и вобласти ньютоновского течениянапряжение сдвига растетпропорционально скорости сдвига.Эффект дилатансии, свойственныйдвухфазнымвысококонцентрированным системамне проявляется. Видно, что сувеличениемконцентрациинаполнителя кривые течения образцовсмещаются вниз, причем это особеннозаметно при низких скоростях сдвига.Рис. 1. Кривая течения ДПК сразличным % содержанием древесноймуки (масс. %): А - 0%, B - 10%, C -30%, D - 50%Для ДПК и исходного ВПП была получена зависимость эффективнойвязкости от температуры и построены графики, позволяющие рассчитать энергиюактивации вязкого течения. Полученные данные представлены в таблице.Таблица - Энергия активации композиции% наполнения древесноймукой Энергия активации tg ,ккал/моль0 34,9 0,69710 35,2 0,70530 34,5 0,68750 32 0,625При фиксированном напряжении сдвига вязкость системы увеличивается сростом концентрации наполнителя. При постоянной температуре теченииматериалов подчиняется степенному закону.ISSN 2079.3944. Вісник НТУ “ХПІ». 2012. №44(950)149

nw n KБыли сделаны выводы о независимости энергии активации вязкого течениякомпозиции на основе ВПП от концентрации древесной муки. Вне зависимостиот формы и размера частиц, введение наполнителя в полимерную матрицуприводит к возникновению в системе фазовой гетерогенности. C увеличениемсодержания наполнителя возрастает вероятность контакта частиц наполнителядруг с другом, а в отдельном случае – агломерация частиц наполнителя, чтоестественно сопровождается резким падением реологических характеристиксистемы.Были проведены исследования зависимости эффективной вязкости отконцентрации наполнителя для различных скоростей сдвига. Результаты этихисследований представлены на рис. 2. Приведенные данные о зависимостиэффективной вязкости от концентрации наполнителя, свидетельствуют о том, чтопредельное напряжение увеличивается свозрастанием концентрации наполнителя.При наполнении 60% и более материалтеряет способность течь и образуетагломераты из древесных частиц.Скапливаясь в сопле литьевой машины,данные агломераты могут препятствоватьстабильному течению.Были проведены исследованияреологических характеристик материала сдревесной мукой, мукой хвои и листы.Результаты исследований представленына рис. 3.Очевидно, что с уменьшениемРис. 2. Зависимость эффективнойвязкости от содержания наполнителяпри различных градиентах скоростиразмера фракции вязкость композита значительно падает. Это подтверждает тотфакт, что динамическая вязкость системпри низких частотах деформации оченьчувствительна к структурным изменениямфизической сетки, образуемое частицаминаполнителя. Кроме того, древеснополимерныйматериал, наполненныймукой листвы, имел склонность кпостоянному образованию агломератов,подтверждая приведенные вышелитературные данные. Был сделан выводо нецелесообразности применения такогоматериала для дальнейших опытов ипереработки.Вязкость ДПК на основе древесноймуки был значительно ниже вязкостиДПК с мукой хвои. Возможно, этосвязано с тем, что при переработкеРис. 3. Зависимость эффективнойвязкости от градиента скорости ДПКпри различных видах органическогонаполнителя: А - древесная мука, B -мука хвои, C - мука листвы, D -полипропиленISSN 2079.3944. Вісник НТУ “ХПІ». 2012. №44(950)150

материала, наполненного мукой хвои происходит выделение хвойной смолы –канифоли.Кроме того, выделяющаяся из муки под высоким давлением смола приводитк коррозии контактирующих с материалом узлов. При переработке материала снаполнителем на основе древесной муки таких проблем для переработкизамечено не было.Для исследования зависимости реологических свойств от вязкостныхпоказателей связующего были сделаны опыты с ПП Бален 01250, имеющего ПТРв 2 раза больший, чем использовавшийся в предыдущих опытах ВПП.Вязкостные свойства древесно-полимерной композиции практически малозависят от вязкости ПП. Следует отметить, что в композиции на основе ПП сбольшим ПТР стало происходить расслоение композиции на полимерную иорганическую составляющую на выходе из экструдера, а также образованиеагломератов.5. ВыводыВ ходе проведенных реологических исследований разрабатываемыхэкологически чистых древесно-полимерных материалов на основе отходовполипропилена и органических отходов были определены оптимальныйсодержание и тип наполнителя – древесная мука и мука хвои.Список литературы: 1. Веселов, А. А. Использование древесных отходов фанерного испичечного производства [Текст] / А. А. Веселов – М.: Лесная промышленность, 1987. - 320 С.2. Михелев, Л. И. Новые экологически чистые материалы из отходов [Текст] / Л. И. Михелев //Экология и промышленность России. – 1996. - №7 - С. 44. 3. Коршун, О. А. Экологическичистые древесно-наполненные пластмассы [Текст] / О. А. Коршун, Н. М., Романов и др. //Строительные материалы. 1997. - №5.- С. 8-10.4. Видгорович, А. И. Древесные прессовочныемассы для изготовления деталей машин (обзор) [Текст] / А. И. Видгорович // Пластическиемассы. – 1985. - №11.- С. 44-47. 5. Табачник, Л. Б. Композиционные полимерные материалы[Текст] / Л. Б. Табачник // Пластические массы. -1992.-№ 4. - С. 32. 6. Алёхин, Ю. А.Экономическая эффективность использования вторичных ресурсов в производствестроительных материалов [Текст] / Ю. А. Алёхин, А. Н. Люсов – М.: Стройиздат, 1988.- 334 С.УДК 665.9Реологічні дослідження екологічно чистих матеріалів на основі полімерних іорганічних відходів/ Лебедєв В. В., Карєв А. І., Чавров С. О. // Вісник НТУ «ХПІ». Серія«Нові рішення в сучасних технологіях». – Харків: НТУ «ХПІ». – 2012. - №44(950) . С. 148 –152.Проведені реологічні дослідження екологічно чистих деревно-полімерних матеріалів наоснові відходів поліпропілена і органічних відходів. Як самі оптимальні матеріали дляпереробки методами лиття під тиском для отримання листових матеріалів вибрані деревнополімерніматеріали з використанням деревної муки і муки хвої. Іл.: 3. Библіогр.:6. назв.Ключові слова: відходи, полімери, деревні, реологія, оптимізація, переробка.UDC 665.9Rheological researches of pollution-free wood-polymeric materials on the basis of a wasteof polypropylene and an organic waste / Lebedev V.V., Karev A., Chavrov S.// Bulletin of NTU“KhPI”. Subject issue: New desicions of modern technologies. – Kharkov: NTU “KhPI”. – 2012. - №44(950) P. 148-152.Rheological researches of pollution-free wood-polymeric materials on the basis of a waste ofpolypropylene and an organic waste are carried out. In the capacity of the optimal materials for rehashISSN 2079.3944. Вісник НТУ “ХПІ». 2012. №44(950)151

y methods of pressure casting for production of sheetings wood-polymeric materials with utilisationof a wood flour and a needles flour are chosen. Im.:3 : Bibliogr.: 6Keywords: a waste, polymers, wood, rheology, optimisation, rehash.Надійшла до редакції 10.08.2012УДК 661.961.1Н. Ф. ДОБРИЦКАЯ, аспир., НТУ «ХПИ», Харьков;В. Б. ТРОШЕНЬКИН, канд. техн. наук, ИПМаш НАНУ, ХарьковОБЗОР РАБОТ ПО ПРОИЗВОДСТВУ ВОДОРОДА ИЗ ВОДЫ СПОМОЩЬЮ СПЛАВОВ, ПОЛУЧЕННЫХ ИЗНЕОРГАНИЧЕСКОЙ ЧАСТИ УГЛЯВ работе сделан обзор методов производства водорода из воды для автономных потребителей,указаны преимущества и недостатки. Определены перспективные направления попроизводству водорода. Показано значительное преимущество сплавов, получаемых изнеорганической части угля. Ил.0, Библиогр.: 14 назв.Ключевые слова: производство водорода из воды, сплавы из неорганической части угля.ВступлениеПерспективным источником получения водорода является вода. Длянаполнения радиозондовых и шаропилотных оболочек вгидрометеорологической сети используют водород, который или добываетсянепосредственно на станциях наблюдений с помощью ферросилиция и едкогонатра с загрузкой их в газогенераторах высокого давления АВГ-45, илидоставляется в сжатом виде в баллонах с заводов.Процесс отличается большим расходом этих реагентов, что приводит кзначительным материальным затратам. Сократить их расход позволяет болеесовременная усовершенствованная технология с использованиемжелезоалюмокремниевых сплавов, полученных из углеотходов инизкокалорийных углей.Значительное количество микропримесей в сплавах влияет на скоростьвыделения водорода из воды. Поэтому появилась необходимость в изучениизакономерностей гидрогазодинамики и тепломассообмена при полученииводорода и разработке на их основе методов расчета водородных генераторов.Цель работы. Составить обзор существующих методов производстваводорода для автономных потребителей и выявить их преимущества инедостатки. Определить перспективные направления по производству водорода.Анализ последних исследований и литературыВ позапрошлом веке водород для наполнения радиозондовых ишаропилотных установок в полевых условиях получали путем растворенияжелезных опилок в серной кислоте [1].В середине прошлого века большое распространение получили установкипереносного и подвижного типа, работающие по щелочно-кремниевому,щелочно-алюминиевому способу или при взаимодействии гидрида кальция сводой. В первых двух способах используют химическое взаимодействие кремнияили алюминия с раствором щелочи (NaOH). Для реакций используют не чистый© Н.Ф. ДОБРИЦКАЯ, В.Б. ТРОШЕНЬКИН, 2012ISSN 2079.3944. Вісник НТУ “ХПІ». 2012. №44(950)152

кремний, а сплав его с железом - ферросилиций (75 - 90 % Si). Такойвысокопроцентный ферросилиций, применяемый в воздухоплавании дляполучения водорода, называется силиколем. Данные методы продолжаютиспользовать для воздухоплавательных установок [2 - 3]. Недостатком установок,использующих эти методы, являются относительно большие габаритные размерыи металлоемкость.В настоящее время основным для производства водорода нааэрологических станциях является силиколевый способ, который реализуется вбаллонных газогенераторах периодического действия емкостью 45 литров (АВГ-45) [4]. Количество водорода, производимого за одну загрузку составляет 1,5 м 3 .Простота обслуживания - главное достоинство установок, использующихданный метод.К настоящему моменту исследована термодинамика, кинетика итепломассообмен при взаимодействии со щелочными растворами алюминиевыхсплавов, в том числе реакции с водой алюминия, активированного индием,галлием и оловом [5]. Однако значительная дороговизна реагентов снижаютконкурентоспособность рассматриваемого процесса.Авторами [6] разработаны высокореакционные сплавы на основе алюминиятрех типов: низкотемпературные (223 - 273 К), среднетемпературные (273 -573 К) и высокотемператуные (573 - 2273 К), которые выполняют функцииэнергоаккумулирующих веществ (ЭАВ).Низкотемпературные сплавы могут быть использованы в геологоразведкепри поиске и добычи залежей нефти и природного газа. Для новой техникипредставляют интерес низкотемпературные сплавы активированного алюминия,взаимодействующие со льдом при низких температурах.При получении низкотемпературных сплавов и композиций на их основе,используют вторичный алюминий марок АВ92, АВ91, АВ88. Как металлыактиваторы- галлий, индий, олово, свинец любой степени чистоты. Вводят этиэлементы в алюминий в эвтектическом соотношении, масс. %: Ga : In : Sn : Pb = 1: 0,404 : 0,210 : 0,150; Ga : In : Sn : Zn = 1 : 0,410 : 0,213 : 0,016; Al : Ga : In : Sn :Cd : Tl = 70 - 95 : 0,5 - 3: 0,5 - 3 : 0,5 - 3 : 0,5 - 3 : 0,5 - 3, а хлорида натрия 33 -90 % по отношению к весу сплава. Алюминиевые сплавы обеспечиваютвыделение водорода при взаимодействии со льдом при 253 - 273 К. Скоростьвыделения водорода при 263 К составляет 4,4 - 4,5 л/кг композиции.Среднетемпературные ЭАВ широко применяют в различных областяхнауки, техники и промышленности. Скорость взаимодействия данных сплавов сводой увеличивается с увеличением числа компонентов в сплаве-активаторе.Максимальную скорость выделения водорода из воды 20000 л/(м 2 · мин) и 30 000л/(м 2 · мин) имеет алюминий, активированный четырехкомпонентными сплавамиGa–In–Sn–Pb эвтектического состава, масс. %: Ga - 1,701, In - 0,687, Sn - 0,357, Pb- 0,255 и Ga - In - Sn - Zn: Ga - 3,050, In - 1,250, Sn - 0,650, Zn - 0,050.Еще более высокие скорости выделения водорода и теплоты наблюдаютпри растворении алюминия, активированного добавками Ga, Sn, In масc. долей по3,0 % каждого и 17,0 - 24,5 % Li. Скорость выделения водорода привзаимодействии воды со сплавом: Al(70)–Li(21)–Ga(3)Sn(3)–In(3) при 200 °СISSN 2079.3944. Вісник НТУ “ХПІ». 2012. №44(950)153

составляет 32000 л/(м 2 · мин). С увеличением содержания Li в сплаве до 24,5 %, атакже добавок металлов-активаторов до 5 % каждого (Al(60,5)–Li(24,5)–Ga(5)–Sn(5)–In(5)) скорость выделения водорода достигает 36500 л/(м 2 · мин).К сплавам, взаимодействующим с водой при высокой температуре,относится активированный алюминий марок АМГТ и АГОИМ. Сплав алюминиямарки АГОИМ следующий, масс. %: Ga, Sn, In по 1 % каждого, Mg - 2 % и Al -95 %. Сплав марки АМГТ как металл-активатор содержит массовые доли добавок1,5 % сплава Гутри, 1,5 % мишметалла марки МЦ-40 и 97 % - Al. Сплав Гутрисодержит, масс. %: Pb - 25.3, Cd - 9.1, Bi - 37.4, Sn - 11.7, In - 16.5. Мишметаллмарки МЦ-40 представляет собой сплав, масс. %: Се - 40, La - 35, Nd и другихредкоземельных элементов (РЗМ) - 20, Y - 5. Металлы-активаторы, вводимые валюминий на основе РЗМ, обладают чрезвычайно высокой реакционнойспособностью к воде и также реагируют с выделением водорода. Так,активированный алюминий марки АМГТ взаимодействует с водой с выделениемводорода со скоростью 1 · 10 6 л/(м 2 · с) при 1397 °С за 0,0263 с. Скоростьвзаимодействия алюминия с водой зависит от размера его частиц. При среднемдиаметре частиц 6 мкм с 1 м 2 поверхности частиц в секунду выделяется 21000 лводорода. Для частиц диаметром 2 мкм скорость выделения водорода достигает35000 л/(м 2 · с).Данные сплавы относятся к дорогостоящим, поэтому их можноиспользовать лишь как эталон для сравнения. Снизить стоимость ЭАВ возможнопри их производстве из неорганической части угля.Выполнено исследование по определению химической активностикристаллических сплавов ферросиликоалюминия (ФСА), получаемых изнеорганической части низкокалорийных углей, и сплавов ФСА аморфнокристаллическойструктуры [7, 8].Установлено, что сплавы, полученные из угля (ФСА 11 и ФСА 16),активнее синтетических (ФСА 17, ФСА 18, ФСА 25), изготовленных сплавлениемчистых компонентов. Наилучшими характеристиками обладает ФСА 11:максимальная скорость газовыделения 7,96 · 10 3 м 3 /кг · с, полнота реакции = 0,92 при дисперсном составе (0,5 - 1,5) · 10 3 м и 30 %-ной концентрацииNaOH. В тех же условиях синтетический сплав ФСА 18 имеет скоростьреагирования 3,95 · 10 3 м 3 /кг · с, = 0,812.При 20 %-ной концентрации щелочи ФСА 11 имеет скорость 4,59 · 10 3 м 3 /кг · с, = 0,98. Синтетический ФСА 25 - 2,47 · 10 3 м 3 /кг · с, = 0,75.Химическая активность сплавов ФСА, подвергнутых аморфизации(сверхбыстрая закалка расплава - СБЗР) значительно возрастает. После СБЗРскорость вытеснения водорода из воды сплавом ФСА 11 повышается до значения11,3 · 10 –3 м 3 /(кг · с). Аморфизация является наиболее простым и дешевымспособом активации сплавов [8].В равных условиях скорость газовыделения сплавов полученных из углей в1,8 - 2 раза, а для сплавов, подвергнутых аморфизации в 3 раза выше, чем усинтетических. При этом полнота реакции последних ниже на 15 – 30 %.Повышенная активность ФСА из угля отчасти объясняется значительнойнеоднородностью поверхности и рыхлой структурой частиц. Другой причинойISSN 2079.3944. Вісник НТУ “ХПІ». 2012. №44(950)154

является наличие естественных примесей, которые в растворе щёлочи создаютмикрогальванопары способствующие интенсивному размыванию оксидного слоя.При изготовлении синтетических сплавов оксиды, находящиеся на поверхностичастиц, попадают в основной объём и, по-видимому, препятствуют реакции.Рассматриваемые сплавы имеют скорость газовыделения на 3 порядка ниже,чем активированный алюминий, который использован как эталонный образец. В тоже время удельное значение энергии Гиббса ниже лишь в 1,2 раза. Последнееобстоятельство свидетельствует о значительном влиянии на скорость процессаоксидного слоя.В работах [9 - 12] исследованы сплавы, масс. %: ФС 90 (Si - 92, Fe - 4, Al - 3,Ca - 1); ФС 90Ба4 (Si - 88.6, Fe - 5.9, Ва - 4.0, Ca - 1.5); ФС 75Ба1 (Si - 78.4, Fe - 19.3,Al - 1.3, Вa - 1.0); ФСА 4 (Fe - 5.8, Si - 90.4, Al - 3.8); ФСА 15 (Fe - 7, Si - 78, Al - 15);ФСА 30 (Fe - 10.3, Si - 59.9, Al - 29.8); ФСА 32 (Fe - 5.5, Si - 62.3, Al - 32.2); МПФ(Mg - 99.5, Fe - 0.35, Si - 0.15 (ГОСТ 6001-79)); А85Л10 (Аl - 85%, Li - 10%, Fe - 5%);А98КаМг (Аl - 98.4, Са - 0.8, Мg - 0.8) и AB - 86 (алюминий вторичный) (Si - 5.0, Al -84, Cu - 4.0, Sn - 0.2, Mg - 3.0, Zn - 3.5, Pb - 0.3).Установлено, что скорость выделения водорода из воды сплавами с добавкамищелочноземельных металлов (ФС 90, ФС 90Ба4 и ФС 75Бa1) в 1,5 - 2 раза и полнотареакции на 12 - 15 % выше, чем для ФСА (ФСА 15, ФСА 30, ФСА 30Мн1, ФСА 32).Снижение концентрации едкого натрия от 13,3 до 10 % для ФС 90Ба4 и ФС 75Ба1позволяет увеличить объем выделяемого водорода на 15 %, по сравнению с ФС иФСА. Установлено, что скорость выделения водорода увеличивается в 1,5 раза помере измельчения зерен сплавов от 1,5 · 10 –3 м до 0,5 · 10 –3 м.Таким образом, применение сплавов с добавками бария в стандартномаппарате АВГ-45 дает возможность примерно на 10 - 15 % сократить расход едкогонатра и уменьшить выбросы вредных веществ в окружающую среду. При этомпродукты реакции свободно удаляются из газогенератора. Определено оптимальноепроцентное содержание добавок для ФСА масс. %: Al - 2 - 10 %, Fe - 3 - 5 %, Ca - 1 -10 %, Ba - 1 - 4 %.Кроме этих элементов в состав минеральной части углей входит большоеколичество микропримесей, таких как магний, марганец, ванадий, титан и др.,влияние которых на скорость выделения водорода предстоит изучить [13].Для получения водорода разработан ряд опытных транспортных истационарных автономных реакторов периодического, полупериодического инепрерывного действия. Методы расчета реакторов, базируются на законахтермодинамики и данных по сопротивлению каналов течению многофазных потоков[5, 14].ЗаключениеПоказано, что при производстве водорода из воды алюминиевые сплавы могутиспользоваться в случае небольших объемов генерируемого газа. При значительныхобъемах производимого в автономных условиях водорода экономически оправданоприменение сплавов, получаемых из неорганической части угля.Установлено, что аморфизация сплавов позволяет значительно увеличитьскорость выделения водорода из воды.При наличии в сплавах, получаемых из угля, бария, стронция и кальцияинтенсивность их взаимодействия с водой повышается, что позволяет сократитьрасход щелочи.ISSN 2079.3944. Вісник НТУ “ХПІ». 2012. №44(950)155

В дальнейшем необходимо исследовать активность сплавов, получаемых изугля, в составе которых имеются магний, марганец, титан и другие элементы.Список литературы: 1. Тейлор Г. Производство водорода. – Л.: Науч. хим. техн. изд.-во.Всехимпром ВСНХ СССР, 1930. – 180 с. 2. Родякин В. В. Кальций, его соединения и сплавы. -М.: Металлургия, 1967. – 188 с. 3. Когутов И. Л. Газовое дело в дирижаблестроении. - М.:Редакцион.-издат. отд. Аэрофлота, 1938. – 328 с. 4. Инструкция по безопасной эксплуатациибаллонных газогенераторов АВГ-45 и баллонов с водородом. – М.: Гидрометеоиздат, 1978. –32 с. 5. Трошенькин Б. А.. Циркуляционные и пленочные испарители и водородные реакторы.К.: Наук. думка, 1985. – 174 с. 6. Козин Л. Ф. Водородная энергетика и экология / Л. Ф. Козин,С. В. Волков. - К.: Наук. думка, 2002. - 334 с. 7. Трошенькин В. Б. Совершенствование процессаи реактора по производству водорода из воды при помощи сплавов, получаемых изнеорганической части углей: автореф. дис. канд. тех. наук: 05.05.13 /Трошенькин Владислав Борисович. – Х., 1999. – 17 с. 8. Трошенькин Б. А., Трошенькин В. Б.Тепломассообмен при выделении водорода в реакциях аморфно-кристаллических сплавов сводой // Инж.-физ. ж-л, 1996. – 69. – № 6. – С. 1006–1008. 9. Зипунников Н. Н. Закономерноститепло-массообменных процессов и усовершенствование газогенератора производства водородаиз воды с использованием сплавов: автореф. дис. канд. тех. наук: 05.17.08 /Зипунников Николай Николаевич.– Х.:, 2010. – 21 с 10. Зипунников Н. Н. Термодинамика икинетика вытеснения водовода из воды многокомпонентными сплавами / Н. Н. Зипунников,Б. А. Трошенькин // Інтегровані технології та енергозбереження // Щоквартальний науковопрактичнийжурнал. - Харків: НТУ «ХПІ», 2009. – № 4. – С. 35-42. 11. Трошенькин Б. А.Исследование процесса автономного производства водорода из воды с использованием сплавовна основе магния и алюминия / Б. А. Трошенькин, Н. Н. Зипунников, В. Б. Трошенькин //Вестник НТУ «ХПИ». - 2011. - №34. - 156 с. 12. Трошенькин В. Б.. Совершенствованиепроцесса производства водорода из воды с использованием сплавов / В. Б. Трошенькин,Н. Н. Зипунников, Б. А. Трошенькин // Вестник НТУ «ХПИ», – 2012. – № 10. – С. 47–54.13. Справочник по содержанию малых элементов в товарной продукции угледобывающих иуглеобогатительных предприятий Донецкого бассейна.– Днепропетровск: Укр. Гос. Ин-тминеральных ресурсов ДО, – 1994. – 187 с. 14. Трошенькин В. Б. Особенности расчетаводородных генераторов // Инж.-физ. ж-л, 2010.– 83. – № 1. – С. 149–153.УДК 661.961.1Огляд робiт по виробництву водню з води за допомогою сплавiв, якi отриманi знеорганiчної частини вугiлля / Добрицька Н. Ф., Трошенькiн В. Б. // Вiсник НТУ «ХПI».Серiя: Новi рiшення в сучасних технологiях. – Харкiв: НТУ «ХПI» – 2012. – № 44(950). - С.152-157.У роботі зроблений огляд методів виробництва водню з води для автономних споживачів,зазначені їх переваги та недоліки. Визначено перспективні напрямки по виробництву водню.Показано значну перевагу сплавів, одержуваних з неорганічної частини вугілля. Іл.: 0,Бiблiогр.: 14 назв.Ключовi слова: виробництво водню з води, сплави з неорганічної частини вугілля.UDK 661.961.1Review work on the production of hydrogen from water using alloys made from inorganicpart of coal/Dobrickaya N. F., Troshenkin V. B. // Bulletin of NTU «KhPI». Subject issue: Newdesicions of modern technologies. – Kharkov: NTU «KhPI». – 2012.-№ 44(950). Р. 152-157.This paper provides an overview of methods for producing of hydrogen from water forautonomous consumers, their advantages and disadvantages. Identified promising areas for theproduction of hydrogen. Are shown significant advantage of alloys produced from inorganic part ofcoal. Im.: 0, Bibliogr.: 14.Кeywords: production of hydrogen from water, the alloys of inorganic part of coal.Надiйшла до редакції 22.08.2012ISSN 2079.3944. Вісник НТУ “ХПІ». 2012. №44(950)156

УДК 658.567:66.040Н. Г. ЩЕРБАНЬ, д-р мед. наук, проф., Харьковский национальныймедицинский университет,. ХарьковБИОХИМИЧЕСКИЕ МЕХАНИЗМЫ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙПАТОЛОГИИВ результате экспериментальных исследований на теплокровных при воздействии вредныхдля здоровья человека химических загрязнителей источников водоснабжения населенияустановлены биохимические механизмы возникающей экологической патологии. Данырекомендации по раннему выявлению в организме структурно-функциональных нарушений.Из.: 0. Библиогр.: 5 назв.Ключевые слова: экологическая патология, химические вещества, здоровье населенияВведениеЭкологическая патология – официально признана в Украине как результатантропогенного изменения окружающей среды и действия на организм человекакомплекса вредных факторов. Предложены различные классификации, например:бытовая, профессиональная, урбанизационная, геохимическая, радиационная,трансграничная, парапрофессиональная и др.Гигиенисты и экологи считают, что на современном этапе недостаточноучитываются факторы риска при оценке вероятностей возникновения патологиисреди населения.Общепризнано мнение о необходимости совершенствования медикоэкологическогомониторинга.Имеется необходимость совершенствования методических подходов кпрогнозированию эколого-санитарной ситуации на основании построениясовременных моделей, использования наиболее чувствительных объектовисследований, совершенствования информационной базы, изучения факторов малойинтенсивности, изучения мутагенного, онкогенного, аллергенного иобщетоксического эффектов, как установленной последовательности проявленияэтих эффектов у населения в связи с возрастанием вредных факторов[1-2].Рекомендовано использование гигиенических нормативов (в частности, ПДК)как ориентировочный показатель (величина) для контроля за состояниемокружающей среды, а также учет эквивалентных показателей рисков для оценки ипрогноза влияния различных факторов на здоровье населения.Донозологическая диагностика патологии среди населения рассматривается какважный этап для установления причинных связей между значимыми экологогигиеническимифакторами и показателями здоровья, результаты которойдолжны как можно раньше использоваться для реализации в профилактическихмероприятиях.Следует отметить, что эта проблема продолжает оставаться дискуссионной вплане трактовки глубоких механизмов, однако ученые единодушны вследующем: воздействие вредного вещества на организм определяется в первуюочередь его природой; при изучении необходимо учитывать роль данного фактора,образующиеся в организме метаболиты, социальную среду и возрастныеособенности организма.© Н. Г. ЩЕРБАНЬ, 2012ISSN 2079.3944. Вісник НТУ “ХПІ». 2012. №44(950)157

Следует отметить важную тенденцию в развитии современных гигиеническихисследований, которая предусматривает внедрение системного подхода какметодологии познания сложных объектов, пришедшей на смену аналитическимисследованиям, что позволяет анализировать сложные мультифакторные системы имножество факторов внешней среды, влияющих на организм человека.Установлено,что донозологические состояния возникают в результатенапряжения механизмов регуляции функций в тех случаях, когда организм должензатратить больше усилий, чем обычно, чтобы обеспечить уравновешивание сосредой.Если воздействие вредных факторов на организм продолжается достаточнодлительное время или велико по интенсивности, то постоянное илипродолжительное и чрезмерное напряжение регуляторных систем может привести кистощению резервных возможностей и развитию состояния перенапряжения, а затеми к срыву адаптации.В современных условиях воздействия множественных факторов малойинтенсивности назрела острейшая необходимость в разработке методов выявленияпредпатологических состояний организма, поскольку это позволит, во-первых,своевременно выявлять контингенты людей, подвергающихся потенциальнойопасности, с целью своевременного проведения необходимых профилактическихмероприятий, а во-вторых, определять степень опасности появления тех или иныхзаболеваний и прогнозировать для организма определенные измененияпредпатологического характера[3].Предпатологическое (преморбидное) состояние - явление сложное. Влитературе по этому вопросу нет единого мнения по поводу его оценки. Нельзясогласиться с тем, что преморбидный период рассматривается как аналогпродромального, так как последний является обязательным элементом уженачавшегося болезненного процесса и поэтому преморбидным состоянием данногозаболевания он, естественно, считаться не может.Поскольку всякая болезнь, в том числе и наследственная, связана своздействием на организм какого-либо внешнесредового чрезвычайногораздражителя, то особенность индивидуальной реактивности организма, а значит, иего чувствительность к данному раздражителю имеет большое значение ввозникновении или, наоборот, не возникновении соответствующего болезненногопроцесса. Следовательно, функциональной основой преморбидного периодаявляется измененная реактивность организма.Анализ литературных данных свидетельствует, что основным гигиеническимнаправлением и ведущей проблемой является дальнейшее развитие исследований вобласти прогнозирования состояний на грани нормы и патологии. Недостаточнонашли отражение в гигиенических исследованиях такие проблемные вопросы как:1) изучение состояний при переходе от функционального оптимума к неполнойили недостаточной адаптации организма к факторам среды;2) изучение собственно донозологических состояний, условий развитиягомеостатических нарушений, возникающих в результате перенапряжения иистощения регуляторных механизмов;3) изучение нозологических форм патологии в плане адаптации организма ксоциальным и трудовым нагрузкам (экологический диагноз). Каждая из этихобластей имеет актуальное значение для определенных разделов медицины иISSN 2079.3944. Вісник НТУ “ХПІ». 2012. №44(950)158

физиологии. В каждом таком разделе существуют свои специфические требования кзадаче прогнозирования состояний. Несомненно, что эти направления важны и лишьчастично удовлетворяют современным требованиям и нуждаются в дальнейшемсовершенствовании и развитии эколого-гигиенических исследований в областиохраны окружающей среды и здоровья населения.В современных условиях воздействия множественных факторов малойинтенсивности назрела острейшая необходимость в разработке методов выявленияпредпатологических состояний организма, поскольку это позволит, во-первых,своевременно выявлять контингенты людей, подвергающихся потенциальнойопасности, с целью своевременного проведения необходимых профилактическихмероприятий, а во-вторых, определять степень опасности появления тех или иныхзаболеваний и прогнозировать для организма определенные измененияпредпатологического характера.Изменения в отдельных органах и системах в этой фазе уже могут бытьвыражены сильнее, чем в других фазах, но еще не носят патологического характера,могут быть скрытыми или эпизодическими. В этой фазе при использованиисоответствующих методов исследования уже можно определить, какие именноорганы и системы будут в дальнейшем основной ареной патологического процесса.В фазе специфических изменений достаточно четко намечается характер вероятногов будущем заболевания, хорошо определяются анатомо-морфологические структуры- «мишень» патологического процесса.Можно условно выделить две фазы предболезни: с преобладаниемнеспецифических изменений и с преобладанием специфических изменений.Неспецифическую фазу можно отнести к таким поломкам адаптационногомеханизма, которые ведут к нарушениям гомеостаза на уровне обмена информацией,энергией и веществом в целостном организме и еще не могут быть отнесены копределенным органам или системам.Прежде всего, следует иметь в виду, что при развитии любого заболеванияпроисходит активация механизмов саногенеза, направленных на защиту организмаот болезни, на компенсацию возникших нарушений. В начале заболевания защитнокомпенсаторныепроцессы могут протекать на клеточном и субклеточном уровнях ив последствии привести к ликвидации патологического состояния. Еслифункциональные резервы организма достаточны, его «запас прочности» велик,заболевание может не возникнуть даже при наличии полного комплексаэтиологических факторов болезни. Поэтому понимание предболезни как состоянияактивной борьбы организма с повреждающими факторами очень важно длясближения точек зрения клинициста и физиолога.Предболезнь можно определить как реализованную организмом вероятностьзаболевания, которая обусловливалась факторами риска. Предболезнь означаетпереход определенных этиологических факторов в патогенетические факторы.Предболезнь следует рассматривать не как точку в «пространстве» состоянийорганизма, а как некоторую область состояний, поскольку можно выделитьнесколько фаз предболезни, динамически связанных друг с другом, а также ссостояниями болезни и здоровья.Во всех случаях необходимо, чтобы глубина ретроградного и настоящегоисследования по времени сочеталась возможными временными интерваламилатентного периода развития тех или иных биологических изменений в организме.ISSN 2079.3944. Вісник НТУ “ХПІ». 2012. №44(950)159

Развитие гигиенической науки на современном уровне требуетперенацеливания работы с установления и фиксации факта возникновениязаболевания на контроль, за динамикой здоровья и функциональным состояниеморганизма в процессе жизнедеятельности и проведения своевременныхпрофилактических мер по их сохранению и восстановлению.Характер воздействия экзогенных факторов на организм достаточноизучен[4]. Установлена ведущая роль образующихся в процессебиотрансформации исходных экзогенных веществ - реактивных метаболитов.Известно, что метаболические превращения сравнительно инертныхэкзогенных химических веществ в организме сопровождается образованиемэлектрофильных метаболитов. Процесс накопления реактивных метаболитов ворганизме, который авторами назван, как "первый порочный круг",сопровождается на фоне ослабления функций гипоталамуса, нарушениемферментной и нейромедиаторных систем.Стадию накопления реактивных метаболитов в организме подвоздействием ксенобиотиков авторы считают предпатологии, посколькуследующие процессы (нарушение энергетики клетки, ковалентное связывание сэлектрофильными центрами макромолекул, мембраноповреждающие эффекты,нарушение синтеза азотистых оснований) носят выраженный патологическийхарактер и сопровождаются глубокими изменениями в активности ферментнойсистемы (второй круг) и нарушением обмена веществ (третий круг). При этом,главную роль в защите организма, по мнению авторов, играет иммунная система,которая под влиянием возрастных изменений, а также неблагоприятных социальныхи физических факторов значительно утрачивает свою защитную функцию, чтоусиливает цикличность замкнутых кругов и приводит к развитию выраженногопатологического процессаВ связи с вышеизложенным, очевидна необходимость разработки иутверждения единого методического подхода к диагностике и учету случаевмассовых заболеваний, связанных с факторами окружающей среды, который донастоящего времени не осуществлялсяОдним из ранних эффектов при действии на организм химическихзагрязнителей является ферментная дезорганизация и лабилизация клеточныхмембран (микросом, митохондрий, лизосом, эндоплазматической сети и др.).Показано, что воздействие различных соединений на организм определяется впервую очередь природой данного вещества. Физические и биологические факторынепосредственно воздействуют на клетки и внутриклеточные структуры, абольшинство химических соединений метаболизируется и выводится из организма,минуя клеточный матрикс.В связи с этим, большое значение приобретает выбор биохимических методовисследований, позволяющих определять возможность реализации неблагоприятногоэффекта с учетом состояния систем детоксикации (метаболизма) химическихвеществ. Нашими исследованиями [4-5] установлено, что одной из основных системдетоксикации является микросомальная оксигеназная система, котораяосуществляет превращение более токсичных гидрофобных соединений вгидрофильные с последующим выводом образовавшихся метаболитов из организма.При этом, не исключается возможность образования более токсичных продуктовокисления, особенно в условиях предварительной индукции всей системы вISSN 2079.3944. Вісник НТУ “ХПІ». 2012. №44(950)160

результате таких факторов, как курение, алкоголь, лекарства и т.п. Кроме того, былоустановлено, что предварительная индукция системы метаболизма может привести кмодификации специфического эффекта, обусловливающего образованиеканцерогенных и мутагенных метаболитов.ВыводыПолученные результаты санитарно-токсикологических экспериментов натеплокровных, проведенные в Харьковском национальном медицинскомуниверситете, позволили обосновать модели экологической патологии в связи свредным воздействием химических веществ-загрязнителей источниковводоснабжения, а также научно обосновать биохимические корреляты длядонозологической диагностики у населения экологической патологии[5].Список литературы: 1. Цыганенко А. Я., Щербань Н. Г., Бондаренко Л. А., Пивень В. И.,Жуков В. И. Методические основы регламентации сложных смесей: триэтаноламиновых солейалкилфосфатов и алкилполифосфатов в воде водоемов. – Белгород, 2001. – 178 с. 2. ПроданчукН. Г., Мудрый И. В. Эколого-гигиенические проблемы охраны окружающей среды и здоровьячеловека на современном этапе // Довкілля та здоров'я. - 2000. - № 4. - С. 2-5. 3.Щербань Н. Г.Методические аспекты использования методологии оценки риска здоровью населения привоздействии факторов окружающей среды в Украине и России / Н. Г.Щербань, В. В.Мясоедов,Е. А.Шевченко. // Вісник Харківського національного університету им. В. Н.Каразіна.-2010.-№898 серія: Медицина, вип.. 19.-С.97-103. 4.Щербань Н. Г. Биохимические механизмыструктурно-функциональных нарушений в организме экспериментальных животных подвлиянем токсических химичеких веществ/Щербань Н. Г., Мясоедов В. В., Шевченко Е. А.// Ж.Экология и промышленность.-№4.-2010.-С.12-15. 5..Щербань Н. Г. Биохимические аспектыэкологической патологии, связанной с химическим загрязнением поверхностных источниковводоснабжения/Н. Г.Щербань, Жуков В. И., Мясоедов В. В.; под общ. ред. Н. Г.Щербаня:Харьков,2011.-175с.________________________________________________________________УДК 658.567:66.040Біохімічні механізми екологічної патології /Щербань М.Г. // Вісник НТУ «ХПІ». Серія«Нові рішення в сучасних технологіях». – Харків: НТУ «ХПІ». – 2012. - №44(950). . С157-161.В результаті експериментальних досліджень на теплокровних при впливі шкідливих дляздоров'я людини хімічних забруднювачів джерел водопостачання населення встановленібіохімічні механізми виникаючої екологічної патології. Дано рекомендації щодо ранньоговиявлення в організмі структурно-функціональних порушень. Іл.: 0. Библіогр.:5. назв.Ключові слова: екологічна патологія, хімічні речовини, здоров'я населенняUDC 658.567:66.040The biochemical mechanism environmental pathology/ Scherban N. //Bulletin of NTU“KhPI”. Subject issue: New desicions of modern technologies. – Kharkov: NTU “KhPI”. – 2012. - №44(950). P.157-161.Experimental studies on warm-blooded animals when exposed to any harmful chemicalcontaminants in public water supply sources are installed biochemical mechanisms of emergingenvironmental pathology. The recommendations for the early detection of the body of structural andfunctional abnormalities. Im.:0 : Bibliogr.: 5.Keywords: environmental pathology, chemicals, healthНадійшла до редакції 20.09.2012ISSN 2079.3944. Вісник НТУ “ХПІ». 2012. №44(950)161

ЗМІСТЛяшенко О. А., Науменко Н.Ю., Новикова Л. В.Анализ основных аспектов задачи оптимизации стержневых конструкций сучётом общей и локальной коррозии. Часть 2. Влияние напряженийна скорость коррозииМамедов Б.Щ.Глава 7. Основы единой теории движителей на непрерывных потоках. выводформулы тяги, полетного (тягового) КПД, теоремы о подъемной силепродуваемого профиля крыла птицы, как движителяДудников А.А., Беловод А.И., Келемеш А.А.Классификация изнашивания деталей сельскохозяйственных машинЗігунов О.М., Кишенько В.Д.Технологічний моніторинг при сценарному керуванні виробничимипроцесамиЛинник І. Е.Модель еволюції системи «ВТМС» у розімкнутому станіАбрамова Л.С., Птица Г.Г.Метод классификации частных коэффициентов аварийности дляавтомобильных дорог различных технических категорийЛюбий Є.В., Свічинський С.В.Основи теорії транспортних процесів і систем: моделювання маршрутнихсистем пасажирського транспорту містВолков С.Л., Скопа О.О.Алгоритм тактової синхронізації цифрового радіомодема на основі ШПФМоскалюк І. В.Причини пожеж в побуті та їх наслідкиХижняк О.С., Краснопольський Ю.М.Біотехнологічні аспекти створення препаратів на основі пробіотиківУберман В.И., Васьковец Л.А.Эколого–экономическая оценка сверхнормативных сбросов загрязняющихвеществ311202536415561677279ISSN 2079.3944. Вісник НТУ “ХПІ». 2012. №44(950)162

Штамбург В.Г., Шишкин О.В., Цыганков А.В., Зубатюк Р.И., Клоц Е.А.,Штамбург В.В.Влияние природы алкоксигруппы при атоме азота на протекание алкоголизаN-хлор-N-алкоксимочевин и N-ацилокси-N-алкоксимочевинШтамбург В.Г., Штамбург В.В., Герасименко М.В., Мазепа А.В.,Шишкин О.В., Зубатюк Р.И., Кравченко С.В.Удобный способ синтеза N,N-диалкоксикарбаматов и N,NдиалкоксимочевинЮрченко А.А., Бутенко А.Н.Кинетика процесса кислотного выщелачивания соединений никеля (ІІ) извторичного сырьяДудка С.В., Тошинский В. И.Математическое моделирование безретурного процесса гранулообразованияудобрений марки «Суперагро N:P 10:40»Букатенко Н. А.Влияние рН среды на процесс очистки моющих растворов методом пеннойфлотацииГомеля М. Д., Шаблій Т. О.Розробка методів отримання катіонних флокулянтів для очищенняконцентрованих стічних водЧервоный И. Ф., Реков Ю. В., Червоный В. Ф., Егоров С.Г.О надежности процесса получения поликристаллического кремния сприменением кремниевых затравокЕмец Б. Г., Алмазова Е. Б.Рост объема свободного воздуха в воде, облученной электромагнитнымиволнамиЛебедев В.В., Карев А. И., Чавров С. А.Реологические исследования экологически чистых материалов на основеполимерных и органических отходовДобрицкая Н.Ф., Трошенькин В.Б.Обзор работ по производству водорода из воды с помощью сплавов,полученных из неорганической части угляЩербань Н. Г.Биохимические механизмы экологической патологии8796113119123127137143148152157ISSN 2079.3944. Вісник НТУ “ХПІ». 2012. №44(950)163

НАУКОВЕ ВИДАННЯВІСНИКНАЦІОНАЛЬНОГО ТЕХНІЧНОГО УНІВЕРСИТЕТУ"ХПІ"Збірник наукових працьСерія:Нові рішення в сучасних технологіях№44(950)Науковий редактор чл.-кор. НАН України, д-р техн. наук, проф. Є. І. СоколТехнічний редактор Т.Л. КоворотнийВідповідальний за випуск: к. т. н. І. Б. ОбуховаАДРЕСА РЕДКОЛЕГІЇ: 61002, Харків, вул.. Фрунзе, 21, НТУ «ХПІ».Рада молодих учених і спеціалістів РМУС, тел.. (057)707-60-40, e-mail:kovotima@gmail.comОбл.-вид. №137-12Підп. до друку 28.09.2012р. Формат 60x84/16. Надруковано на різографіGestetner 6123CP. Ум.-друк. арк. 9,4. Облік.вид.арк. 10,0.Наклад 300 прим. 3ам. №44. Ціна договірна__________________________________________________________________Видавничий центр НТУ «ХПІ»Свідоцтво про державну реєстрацію суб’єкта видавничої справи ДК №3657 від 24.12.200961002, Харків, вул. Фрунзе, 21___________________________________________________________________Друкарня "Технологічний Центр"Свідоцтво про державну реєстрацію №1 480 120 0000 021055 від 02.04.2002Адреса: 61145, м. Харків, вул. Шатилова дача,4ISSN 2079.3944. Вісник НТУ “ХПІ». 2012. №44(950)164